Die
Erfindung betrifft eine Antenne für den Empfang zirkular
in einer Drehrichtung der Polarisation ausgestrahlter SatellitenfunksignaleThe
The invention relates to an antenna for receiving circular
in a direction of rotation of the polarization of radiated satellite radio signals
Insbesondere
bei Satelliten-Rundfunksystemen kommt es besonders auf die Wirtschaftlichkeit sowohl
bezüglich der vom Satelliten abgestrahlten Sendeleistung
als auch auf die Effizienz der Empfangsantenne an. Satellitenfunksignale
werden aufgrund von Polarisationsdrehungen auf dem Übertragungsweg
in der Regel mit zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen übertragen.
Vielfach werden Programminhalte zum Beispiel in frequenzmäßig dicht
nebeneinander liegenden getrennten Frequenzbändern übertragen,
wie dies in 1 dargestellt ist. Dies geschieht
im Beispiel des SDARS-Satellitenrundfunks bei einer Frequenz von
circa 2,33 GHz in zwei benachbarten Frequenzbändern jeweils mit
einer Bandbreite von 4 MHz mit einem Abstand der Mittenfrequenzen
von 8 MHz. Die Signale werden von unterschiedlichen Satelliten mit
einer in einer Richtung zirkular polarisierten elektromagnetischen Welle
abgestrahlt. Demzufolge werden zum Empfang in der entsprechenden
Drehrichtung zirkular polarisierte Antennen verwendet. Solche Antennen
sind zum Beispiel aus DE-A-4008505 und DE-A-10163793 bekannt.
Dieses Satelliten-Rundfunksystem wird zusätzlich durch
die bereichsweise Ausstrahlung terrestrischer Signale in einem weiteren,
zwischen den beiden Satellitensignalen angeordneten Frequenzband
gleicher Bandbreite unterstützt. Ähnliche Satelliten-Rundfunksysteme
befinden sich zur Zeit in der Planung. Die aus der DE-A-4008505 bekannte Antenne
ist auf einer im wesentlichen horizontal orientierten leitenden
Grundfläche aufgebaut und besteht aus gekreuzten Horizontaldipolen
mit V-förmig nach unten geneigten, aus linearen Leiterteilen
bestehenden Dipolhälften, die unter einem azimutalen Winkel
von 90 Grad zueinander mechanisch fixiert sind und am oberen Ende
eines auf der leitenden Grundfläche befestigten linearen
vertikalen Leiters angebracht sind. Die aus der DE-A-10163793 bekannte Antenne
ist ebenfalls über einer in der Regel horizontal orientierten
leitenden Grundfläche aufgebaut und besteht aus gekreuzten azimutal
unter 90° zueinander montierten Rahmenstrukturen. Bei beiden
Antennen werden zur Erzeugung der zirkularen Polarisation die jeweils
zueinander räumlich um 90° versetzten Antennenteile
in der elektrischen Phase um 90° zueinander verschoben
zusammengeschaltet. Beide Antennenformen sind besonders für
den Empfang von Satellitensignalen geeignet, welche von hoch fliegenden
Satelliten – so genannten HEOS – abgestrahlt werden.
Die Signale geostationärer Satelliten – von so
genannten GEOS – fallen jedoch in den von der Äquatorial-Zonen
entfernten Regionen unter niedrigerem Elevationswinkel ein. Der
Empfang solcher Signale ist mit den beiden genannten Antennenformen
nur mit vergleichsweise kleinem Antennengewinn möglich
und deshalb aufgrund der – aus wirtschaftlichen Gründen bedingten – schwachen
Senderleistung der Satelliten problematisch. Hinzu kommt die Schwierigkeit
der Gestaltung von Antennen mit kleinerer Bauhöhe, welche
insbesondere für mobile Anwendungen zwingend gefordert
ist. Als weitere Antennen dieser Art sind nach dem Stand der Technik
Patch-Antennen bekannt, welche jedoch bezüglich des Empfangs
unter niedrigem Elevationswinkel ebenfalls weniger leistungsfähig
sind.In particular, in satellite broadcasting systems, the economics of both the transmitted power emitted by the satellite and the efficiency of the receiving antenna are particularly important. Satellite radio signals are transmitted due to polarization rotations in the transmission path usually with circularly polarized electromagnetic waves. In many cases, program contents are transmitted, for example, in frequency bands closely adjacent to each other separated frequency bands, as in 1 is shown. This is done in the example of SDARS satellite broadcasting at a frequency of about 2.33 GHz in two adjacent frequency bands each with a bandwidth of 4 MHz with a spacing of the center frequencies of 8 MHz. The signals are emitted by different satellites with a circularly polarized in one direction electromagnetic wave. As a result, circularly polarized antennas are used to receive in the corresponding direction of rotation. Such antennas are for example off DE-A-4008505 and DE-A-10163793 known. This satellite broadcasting system is additionally supported by the regional emission of terrestrial signals in another, arranged between the two satellite signals frequency band of the same bandwidth. Similar satellite broadcasting systems are currently being planned. The from the DE-A-4008505 known antenna is constructed on a substantially horizontally oriented conductive base and consists of crossed horizontal dipoles with V-shaped downwardly inclined, consisting of linear ladder parts Dipolhälften which are mechanically fixed at an azimuthal angle of 90 degrees to each other and at the top of a on the conductive base surface mounted linear vertical conductor are mounted. The from the DE-A-10163793 known antenna is also constructed on a generally horizontally oriented conductive base and consists of crossed azimuthally mounted at 90 ° to each other frame structures. In both antennas, the mutually spatially offset by 90 ° antenna parts in the electrical phase are interconnected shifted by 90 ° to each other to generate the circular polarization. Both types of antennas are particularly suitable for the reception of satellite signals emitted by high-flying satellites - so-called HEOS. However, the signals of geostationary satellites - known as GEOS - are incident at lower elevation angles in regions remote from the equatorial zones. The reception of such signals is possible with the two antenna types mentioned only with comparatively small antenna gain and therefore problematic due to the - due to economic reasons - weak transmitter power of the satellites. Added to this is the difficulty of designing antennas with a smaller height, which is imperative especially for mobile applications. As further antennas of this type are known in the prior art patch antennas, which are also less efficient in terms of the reception at a low elevation angle.
Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine Antenne mit geringer Bauhöhe
anzugeben, welche insbesondere auch für den leistungsstarken
Empfang von unter niedrigen Elevationswinkeln einfallenden zirkular
in einer Drehrichtung polarisiert ausgestrahlten Satellitensignalen
geeignet ist.task
The invention is therefore an antenna with low height
specify which, in particular, for the powerful
Reception of low elevation angles incoming circular
in a direction of rotation polarized emitted satellite signals
suitable is.
Diese
Aufgabe wird bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und die in
den weiteren Ansprüchen vorgeschlagenen Maßnahmen
gelöst.These
Task is in an antenna according to the preamble of the main claim
by the characterizing features of the main claim and in
the further claims proposed measures
solved.
Weiterhin
ist eine Antenne dieser Art vorteilhaft in einem gemeinsamen Bauraum
mit Antennenstrukturen kombinierbar, welche ebenfalls ein zirkular polarisiertes
Feld empfangen und welche gemeinsam mit diesen Antennenstrukturen
in einem Antennen-Diversitysystem oder einem System für
digitale Strahlformung mit azimutaler Strahlschwenkung eingesetzt
werden können. Diese Kombination ist insbesondere auch
für Empfangssysteme interessant, in denen Signale von GEO-Satelliten
und HEO-Satelliten in eng benachbarten Frequenzbändern
gleichermaßen empfangen werden sollen. Die Antennenkombination
zeichnet sich hierbei durch eine besonders geringe wechselseitige
Verkopplung der Antennen untereinander aus.Farther
An antenna of this type is advantageous in a common space
can be combined with antenna structures, which are also a circularly polarized
Field received and which together with these antenna structures
in an antenna diversity system or system for
digital beamforming with azimuthal beam tilting used
can be. This combination is in particular too
interesting for receiving systems in which signals from GEO satellites
and HEO satellites in closely adjacent frequency bands
should be received equally. The antenna combination
characterized by a particularly low mutual
Coupling of the antennas with each other.
Gemäß der
Erfindung umfasst die Antenne für den Empfang zirkular
polarisierter Satellitenfunksignale wenigstens zwei mit einem Antennenanschluss 28 verbundene,
jeweils in einer Raumrichtung linear polarisierte und über
ein Anpass- und Phasenschieber-Netzwerk 25, 31 verbundene
Strahler, und ist dadurch gekennzeichnet, dass einer der Strahler
als Schleifenantenne 14 im Wesentlichen als in einer horizontalen
Ebene angeordneten Leiterschleife gebildet ist und die Schleifenantenne 14 für ihre
elektrisch wirksame Verkürzung wenigstens eine durch eine
Kapazität 16 überbrückte Unterbrechung 5,
insbesondere mehrere im Abstand voneinander angeordnete, durch Kapazitäten 16 überbrückte
Unterbrechungen aufweist. Wenigstens eine Unterbrechung 5 der
Leiterschleife bildet eine Schleifenantennen-Anschlussstelle 3 der
Schleifenantenne 14. Weiterhin ist mindestens ein weiterer
Strahler 7 vorhanden, welcher eine lineare Polarisation
aufweist und mit seiner Strahleranschlussstelle 2 sowie
mit der Schleifenantennen-Anschlussstelle 3 über
ein Anpass- und Phasenschiebernetzwerk 25, 23 verbunden
ist, welches so ausgebildet ist, dass bei reziprokem Betrieb der
Antenne als Sendeantenne die Strahlungsfelder der Schleifenantenne 14 und
des mindestens einen weiteren Strahlers 7 im Fernfeld der
Antenne mit unterschiedlichen Phasen überlagert sind. Dieser
mindestens eine der weiteren Strahler 7 weist eine senkrecht
zur Polarisation der Schleifenantenne 14 orientierte Polarisation
auf. Alle Strahler werden im Wesentlichen aus schlanken drahtförmigen
Leitern ähnlichen Leiterstrukturen gebildet.According to the invention, the antenna for receiving circularly polarized satellite radio signals comprises at least two with an antenna port 28 connected, in each case in a spatial direction linearly polarized and via a matching and phase shifter network 25 . 31 connected radiators, and is characterized in that one of the radiators as a loop antenna 14 is formed substantially as arranged in a horizontal plane conductor loop and the loop antenna 14 for their electrically effective shortening at least one by a capacity 16 bridged break 5 , in particular a plurality of spaced apart, by capacities 16 has bridged breaks. At least one interruption 5 the conductor loop forms a loop antenna connection point 3 the loop antenna 14 , Furthermore, at least one other radiator 7 EXISTING the one which has a linear polarization and with its radiator junction 2 as well as with the loop antenna interface 3 via a matching and phase shifting network 25 . 23 is connected, which is designed so that when reciprocally operating the antenna as a transmitting antenna, the radiation fields of the loop antenna 14 and the at least one further radiator 7 in the far field of the antenna are superimposed with different phases. This at least one of the other emitters 7 has a direction perpendicular to the polarization of the loop antenna 14 oriented polarization. All radiators are essentially formed of slender wire-like conductors similar ladder structures.
Für
die Herstellung von Antennen, welche aus der DE-A-4008505 und der DE-A-10163793 bekannt
sind, ergeben sich Probleme aus dem Sachverhalt, dass die einzelnen
Antennenteile auf unter einem rechten Winkel gekreuzten Ebenen platziert sind
und diese Ebenen zusätzlich auf der leitenden Grundebene senkrecht
stehen. Solche Antennen lassen sich nicht hinreichend wirtschaftlich
herstellen, wie es zum Beispiel für den Einsatz in der
Automobilindustrie gewünscht wird. Dies trifft insbesondere
für die bei Satellitenantennen üblichen Frequenzen
von mehreren Gigahertz zu, für die im Interesse der Polarisations-Reinheit,
der Impedanz-Anpassung und der Reproduzierbarkeit des Richtdiagramms
bei der Serienherstellung der Antennen eine besonders hohe mechanische
Genauigkeit notwendig ist. Die bei Antennen nach der vorliegenden
Erfindung geforderten Fertigungstoleranzen können in vorteilhafter
Weise wesentlich leichter eingehalten werden. Ein weiterer sehr
wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus
der Eigenschaft, dass neben der horizontal polarisierten Schleifenantenne 14 mindestens ein
weiterer Strahler 7 vorhanden ist, welcher eine senkrecht
zur Polarisation der Schleifenantenne 14 orientierte Polarisation
aufweist. Dieser Strahler kann bei Vorhandensein terrestrisch vertikal
polarisiert ausgestrahlter Signale vorteilhaft auch zum Empfang dieser
Signale eingesetzt werden.For the production of antennas, which from the DE-A-4008505 and the DE-A-10163793 Problems arise from the fact that the individual antenna parts are placed on planes crossed at a right angle and these planes are also perpendicular to the conductive ground plane. Such antennas can not be produced sufficiently economically, as desired, for example, for use in the automotive industry. This is especially true for the frequencies of several gigahertz common in satellite antennas, for which a particularly high mechanical accuracy is necessary in the series production of the antennas in the interests of polarization purity, impedance matching and reproducibility of the directional diagram. The required in antennas according to the present invention manufacturing tolerances can be maintained in an advantageous manner much easier. Another very significant advantage of the present invention results from the property that in addition to the horizontally polarized loop antenna 14 at least one other emitter 7 is present, which is perpendicular to the polarization of the loop antenna 14 having oriented polarization. In the presence of terrestrially vertically polarized signals, this emitter can advantageously also be used to receive these signals.
Die
Verteilung der Ströme auf einer Antenne im Empfangsbetrieb
ist vom Abschlusswiderstand an der Antennenanschlussstelle abhängig.
Im Gegensatz hierzu ist im Sendebetrieb die auf den Speisestrom
an der Antennenanschlussstelle bezogene Verteilung der Ströme
auf den Antennenleitern vom Quellwiderstand der speisenden Signalquelle
unabhängig und ist somit eindeutig mit dem Richtdiagramm
und der Polarisation der Antenne verknüpft. Aufgrund dieser
Eindeutigkeit in Verbindung mit dem Gesetz der Reziprozität,
nach welchem die Strahlungseigenschaften – wie Richtdiagramm
und Polarisation – im Sendebetrieb wie im Empfangsbetrieb identisch
sind, wird die erfindungsgemäße Aufgabe bezüglich
Polarisation und Strahlungsdiagramme an Hand der Gestaltung der
Antennenstruktur zur Erzeugung entsprechender Ströme im
Sendebetrieb der Antenne gelöst. Damit ist auch die erfindungsgemäße
Aufgabe für den Empfangsbetrieb gelöst. Alle im
Folgenden durchgeführten Betrachtungen über Ströme
auf der Antennenstruktur und deren Phasen beziehungsweise deren
Phasenbezugspunkt beziehen sich somit auf den reziproken Betrieb
der Empfangsantenne als Sendeantenne, wenn nicht ausdrücklich
der Empfangsbetrieb angesprochen ist.The
Distribution of currents on an antenna in receive mode
depends on the terminating resistor at the antenna connection point.
In contrast, in the transmission mode, the on the supply current
at the antenna connection point related distribution of the currents
on the antenna conductors from the source resistance of the feeding signal source
independent and is thus unique with the directional diagram
and the polarization of the antenna linked. Based on these
Uniqueness in connection with the law of reciprocity,
according to which the radiation properties - such as directional diagram
and polarization - identical in transmit mode as in receive mode
are, the object of the invention with respect
Polarization and radiation diagrams on the basis of the design of the
Antenna structure for generating corresponding currents in
Transmission mode of the antenna solved. This is also the invention
Task solved for the reception operation. All in
Following considerations about streams
on the antenna structure and its phases or their
Phase reference point thus refer to the reciprocal operation
the receiving antenna as the transmitting antenna, if not expressly
the receiving operation is addressed.
Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die zugehörigen Figuren
zeigen im Einzelnen:The
Invention will be described below with reference to exemplary embodiments
explained in more detail. The associated figures
show in detail:
1:
Frequenzbänder zweier Satelliten-Rundfunksignale mit in
derselben Drehrichtung zirkular polarisierter Ausstrahlung in dichter
Frequenznachbarschaft; 1 : Frequency bands of two satellite broadcast signals with circularly polarized radiation in the same direction of rotation in dense frequency neighborhood;
2:
Antenne nach der Erfindung mit der Schleifenantenne 14 über
leitender Grundfläche 6 mit horizontaler Polarisation
und mit einem als Stabantenne ausgebildeten Monopol 7a als
weiteren Strahler 7 im Zentrum Z der horizontalen Schleifenantenne 14 für
den Empfang vertikal polarisierter Felder mit Anpassnetzwerk 25 und
Phasenschieber-Netzwerk 23 zur phasenunterschiedlichen Überlagerung
des Empfangs der horizontal und vertikal polarisierten Feldanteile
im Summations-Netzwerk 53. 2 : Antenna according to the invention with the loop antenna 14 over a conductive base 6 with horizontal polarization and with a monopole designed as a rod antenna 7a as another spotlight 7 in the center Z of the horizontal loop antenna 14 for the reception of vertically polarized fields with matching network 25 and phase shifter network 23 for the phase-different superposition of the reception of the horizontally and vertically polarized field components in the summation network 53 ,
3:
Antenne nach der Erfindung wie in 2, jedoch
mit einem aus mehreren rotationssymmetrisch zum Zentrum Z angeordneten
Monopolen 7a – deren Empfangssignale im gemeinsamen
Phasenbezugspunkt B zusammengefasst sind – als weiterer
Strahler 7. 3 : Antenna according to the invention as in 2 , but with one of several rotationally symmetric to the center Z arranged monopolies 7a - The received signals are combined in the common phase reference point B - as a further radiator 7 ,
4:
Antenne nach der Erfindung wie in 2, jedoch
mit einer Schleifenantenne 14 mit zwei aus Symmetriegründen
einander gegenüberliegend gebildeten Antennenanschlussstellen 3a, 3b mit
einem im Zentrum Z angeordneten Monopol 7b mit einer aus
horizontalen Leiterelementen rotationssymmetrisch zum Zentrum Z
gebildeten Dachkapazität als weiteren Strahler 7. 4 : Antenna according to the invention as in 2 but with a loop antenna 14 with two antennas formed opposite each other for reasons of symmetry 3a . 3b with a monopoly arranged in the center Z 7b with a rooftop capacity formed from horizontal conductor elements rotationally symmetrical with respect to the center Z as a further radiator 7 ,
5:
Antenne nach der Erfindung wie in 4, wobei
jedoch Leiterteile 14a der Schleifenantenne 14 zur
Bildung der rotationssymmetrischen Dachkapazität 12 herangezogen
sind. 5 : Antenna according to the invention as in 4 , however, ladder parts 14a the loop antenna 14 to form the rotationally symmetric roof capacity 12 are used.
6:
Antenne nach der Erfindung nach dem Funktionsprinzip der Antenne
in 2, jedoch mit einer vertikalen Zuleitung 26 zur
Speisung der Schleifenantenne 14, wobei die Zuleitung 26 zusätzlich
einen vertikalen Monopol 7a und die Schleifenantenne 14 eine
Dachkapazität 12 des Monopols 7a bildet. 6 : Antenna according to the invention according to the principle of operation of the antenna in 2 , but with a vertical feed line 26 for feeding the loop antenna 14 , where the supply line 26 in addition a vertical monopoly 7a and the loop antenna 14 a roof capacity 12 of monopoly 7a forms.
7:
Antenne nach der Erfindung nach dem Funktionsprinzip der Antenne
in 6, jedoch mit einer als Quadrat mit dem Zentrum
Z gestalteten Schleifenantenne 14. 7 : Antenna according to the invention according to the principle of operation of the antenna in 6 but with a loop antenna designed as a square with the center Z 14 ,
8:
Antennenanordnung nach der Erfindung mit phasenunterschiedlicher Überlagerung
der Empfangsspannungen aus den horizontalen und den vertikalen elektrischen
Feldanteilen einer Schleifenantenne 14 und einer durch
die vertikale Zweidrahtleitung 26 gebildeten Monopolantenne 7. 8th : Antenna arrangement according to the invention with phase-different superimposition of the received voltages from the horizontal and vertical electric field components of a loop antenna 14 and one through the vertical two-wire line 26 formed monopole antenna 7 ,
9:
Antenne nach der Erfindung wie in 2, wobei
anstelle diskreter Kapazitäten die Kapazität 16,
die jeweils aus einer Schaltung aus mehreren Blindelementen gebildet
ist, derart, dass bei unterschiedlichen Frequenzen unterschiedliche
Kapazitätswerte wirksam sind. 9 : Antenna according to the invention as in 2 , where instead of discrete capacities, the capacity 16 , each formed of a circuit of a plurality of dummy elements, such that at different frequencies different capacitance values are effective.
10:
kombinierte Antennenanordnung nach der Erfindung für getrennte
Verfügbarkeit von LHCP- beziehungsweise RHCP-Signalen unterschiedlicher
Satellitensignale an unterschiedlichen Antennenanschlussstellen 28a, 28b mit
einem als Stabantenne ausgebildeten, vertikal polarisierten Monopol 7,
einer horizontal polarisierten Schleifenantenne 14 und
einem 90°-Hybridkoppler 45. 10 Combined antenna arrangement according to the invention for separate availability of LHCP or RHCP signals of different satellite signals at different antenna connection points 28a . 28b with a vertically polarized monopole designed as a rod antenna 7 , a horizontally polarized loop antenna 14 and a 90 ° hybrid coupler 45 ,
11:
Antennenanordnung nach der Erfindung wie in 10, jedoch
mit einer Realisierung des Monopols 7 gemäß der
Antennenanordnung in 6 durch die Kombination der
Wirkungen der Schleifenantenne 14 als Dachkapazität
und der Zweidrahtleitung 26; 11 : Antenna arrangement according to the invention as in 10 , but with a realization of the monopoly 7 according to the antenna arrangement in 6 by combining the effects of the loop antenna 14 as roof capacity and the two-wire line 26 ;
12:
Antenne nach der Erfindung zur alternativen Auskopplung von RHCP-
beziehungsweise LHCP-Signalen für Diversity-Technologien
angesteuert durch einen in einem Radioempfängermodul 52 befindlichen
Umschalter. 12 : Antenna according to the invention for the alternative coupling of RHCP or LHCP signals for diversity technologies driven by one in a radio receiver module 52 located switch.
13:
Antenne nach der Erfindung für Diversity-Technologien mit
LHCP/RHCP-Umschalter 55 wie in 12, jedoch, ähnlich
wie bei der Antenne in 8 ohne gesonderten Monopol 7.
Der Empfang bei vertikaler Polarisation ist durch die Zweidrahteitung 26 bewirkt.
Der für die Überlagerung der Empfangssignale der Schleifenantenne
und des Monopols geforderte Phasenunterschied ist durch das Netzwerk 61 bewirkt. 13 : Antenna according to the invention for diversity technologies with LHCP / RHCP switch 55 as in 12 , however, similar to the antenna in 8th without a separate monopoly 7 , The reception in vertical polarization is through the two-wire line 26 causes. The required for the superposition of the received signals of the loop antenna and the monopole phase difference is through the network 61 causes.
14:
Antenne nach der Erfindung wie in 5, jedoch
mit einer gemeinsamen Strahleranschlussstelle 2 für
die gemeinsame Speisung der Schleifenantenne 14 und des
vertikalen Monopols mit Dachkapazität 7b. 14 : Antenna according to the invention as in 5 , but with a common radiator connection point 2 for common feeding of the loop antenna 14 and vertical monopoly with roof capacity 7b ,
15:
Vertikale Richtcharakteristik des LHCP-polarisierten elektromagnetischen
Feldes
- a) einer Antenne nach der Erfindung
wie in 2 mit zirkularer Polarisation bei niedrigen Elevationswinkeln
und mit azimutaler Unabhängigkeit der Phase der Strahlung.
- b) eines gekreuzten Strahlers 7d nach dem Stand der
Technik bzw. eines Ringleitungsstrahlers 7c nach der Erfindung
wie in 19 mit zirkularer Polarisation
bei hohen Elevationswinkeln; wobei sich die Phase der zirkularen
Polarisation mit dem azimutalen Winkel des Ausbreitungsvektors dreht
15 : Vertical directivity of the LHCP polarized electromagnetic field - a) an antenna according to the invention as in 2 with circular polarization at low elevation angles and with azimuthal independence of the phase of the radiation.
- b) a crossed emitter 7d according to the prior art or a ring line radiator 7c according to the invention as in 19 with circular polarization at high elevation angles; wherein the phase of the circular polarization rotates with the azimuthal angle of the propagation vector
16:
- a) Vertikale Richtcharakteristik des LHCP-polarisierten
elektromagnetischen Feldes einer Antenne für 2,3 GHz nach
der Erfindung entsprechend 18, bestehend
aus einer Schleifenantenne 14 mit vertikalem Monopol 7a in
Kombination mit einem Ringleitungsstrahler 7c bei Abmessungen von
3,4 cm × 3,4 cm × 1,3 cm der Gesamtstruktur, wobei
sich die Charakteristik aus der gleichphasigen Überlagerung
der Strahlung gemäß 15a und 15b für den Azimutwinkel 0° (rechts)
und 180° (links) ergibt.
- b) Horizontale Richtcharakteristik des LHCP-polarisierten elektromagnetischen
Feldes unter einem Elevationswinkel von etwa 30° mit minimaler Strahlung
für den Azimutwinkel von 180°.
16 : - a) Corresponding vertical directional characteristic of the LHCP polarized electromagnetic field of a 2.3 GHz antenna according to the invention 18 consisting of a loop antenna 14 with vertical monopoly 7a in combination with a ring line emitter 7c with dimensions of 3.4 cm × 3.4 cm × 1.3 cm of the total structure, whereby the characteristic of the in-phase superposition of the radiation according to 15a and 15b for the azimuth angle 0 ° (right) and 180 ° (left).
- b) Horizontal directional characteristic of the LHCP polarized electromagnetic field at an elevation angle of about 30 ° with minimum radiation for the azimuth angle of 180 °.
17:
Antenne nach der Erfindung bestehend aus der Schleifenantenne 14 mit
zwei symmetrisch angeordneten Schleifenantennen-Anschlussstellen 3a, 3b und
Monopol 7b mit im Zentrum Z gekennzeichnetem Bauraum für
einen gekreuzten Strahler 42 mit zirkularer Polarisation
nach dem Stand der Technik und Anschlussstelle 56 zur phaseneinstellbaren Überlagerung
von dessen Strahlung im Summations-Netzwerk 53 mit Hilfe
des steuerbaren Phasendrehglieds 39 17 : Antenna according to the invention consisting of the loop antenna 14 with two symmetrically arranged loop antenna connection points 3a . 3b and monopoly 7b with Z designated space for a crossed spotlight 42 with circular polarization according to the prior art and connection point 56 for the phase-adjustable superposition of its radiation in the summation network 53 with the help of the controllable phase shifter 39
18:
Antenne wie in 17, jedoch anstelle eines zentral
angebrachten gekreuzten Strahles 42 mit einem erfindungsgemäß neuartigen
Ringleitungsstrahler 7c zur Erzeugung eines zirkular polarisierten
Feldes mit azimutal abhängiger Phase mit einer durch Einspeisung
an λ/4 voneinander entfernten Ringleitungs-Einspeisestellen 20a, 20b von
um 90° in der Phase unterschiedlichen Signalen zur Erzeugung
einer umlaufenden Welle von einer Wellenlänge über
den Umfang der Leitung. 18 : Antenna as in 17 but instead of a centrally mounted crossed beam 42 with a novel ring line emitter according to the invention 7c for generating a circularly polarized field with azimuthally dependent phase with a loop feed-in points separated from each other by feeding at λ / 4 20a . 20b of signals different by 90 ° in phase to produce a circumferential wave of one wavelength over the circumference of the line.
19:
Ringleitungsstrahler 7c jedoch über vier jeweils
um λ/4 längs der Ringleitung versetzte Einspeisestellen 22 von
in der Phase jeweils um 90° versetzten Signalen gespeist.
Die Speisequellen können auf an sich bekannte Weise durch
Leistungsteilung und 90°-Hybridkoppler 45 gewonnen
werden. 19 : Ring line emitter 7c but over four in each case by λ / 4 along the loop line offset feed points 22 fed in phase by 90 ° offset signals. The sources of supply can in known manner by power sharing and 90 ° hybrid coupler 45 be won.
20:
Antenne nach der Erfindung wie in 18, jedoch
zur Erzeugung der fortlaufenden Leitungswelle mit einem in günstigem
Abstand – bezüglich des Leitungs-Wellenwiderstands – parallel
zum Ringleitungsstrahler 7c geführten λ/4-Koppelleiter 43 20 : Antenna according to the invention as in 18 , but for generating the continuous line wave with a convenient distance - with respect to the line impedance - parallel to Loop radiator 7c guided λ / 4 coupling ladder 43
21:
Antenne wie in 20, jedoch mit λ/4-Richtkoppler 44.
Zu einem Mikrostreifenleiter 30 ist ein λ/4-Koppelleiter 43 parallel
geführt, welcher zusammen mit dem an den Ringleitungsstrahler 7c angekoppelten λ/4-Koppelleiter 43 den λ/4-Richtkoppler 44 bildet. 21 : Antenna as in 20 , but with λ / 4 directional coupler 44 , To a microstrip conductor 30 is a λ / 4 coupling ladder 43 guided in parallel, which together with the to the ring line emitter 7c coupled λ / 4 coupling ladder 43 the λ / 4 directional coupler 44 forms.
22:
Antenne nach der Erfindung mit quadratisch ausgeführter
Schleifenantenne 14 und einem als geschlossenen quadratischen
Leitungsring mit der Kantenlänge von λ/4 gestalteten
Ringleitungsstrahler 7c. Die Ankopplung an den Ringleitungsstrahler 7c erfolgt
berührungslos über den rampenförmig gestalteten λ/4-Koppelleiter 57 mit
der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 22 : Antenna according to the invention with a square loop antenna 14 and a looped line radiator designed as a closed square line ring with the edge length of λ / 4 7c , The coupling to the ring line emitter 7c takes place without contact via the ramp-shaped λ / 4 coupling ladder 57 with the loop connection point 19
23:
Antenne nach der Erfindung mit quadratischem Ringleitungsstrahler 7c wie
in 22 mit einem Leistungs-Verteilnetzwerk bestehend
aus in Kette geschalteten λ/4-langen Mikrostreifenleitern 30 (15a, 15b, 15c)
zur Einspeisung an den Ecken des quadratischen Ringleitungsstrahlers 7c. 23 : Antenna according to the invention with square loop emitter 7c as in 22 with a power distribution network consisting of λ / 4-long microstrip conductors connected in a chain 30 ( 15a . 15b . 15c ) for feeding at the corners of the square loop emitter 7c ,
24:
Antenne nach der Erfindung mit Schleifenantenne 14, Monopol 7a,
Ringleitungsstrahler 7c und dem zusätzlichen äußeren
Ringleitungsstrahler 7d, auf dem eine fortlaufende Leitungswelle von
zwei Wellenlängen erzeugt ist zur Anhebung des Strahlungsgewinns
durch Anhebung der Strahlungsbündelung 24 : Antenna according to the invention with loop antenna 14 , Monopoly 7a , Ring line emitter 7c and the additional outer loop emitter 7d , on which a continuous line wave of two wavelengths is generated to increase the radiation gain by increasing the radiation bundling
25:
Kreisgruppenstrahler nach der Erfindung mit n gleichen rotationssymmetrisch
um das Zentrum Z angeordneten horizontal polarisierten Strahlerelementen 59,
deren Speisung jeweils im Drehsinn benachbarter Strahlerelemente
sich in der Phase um jeweils 360°/n unterscheidet. 25 oben:
n = 4. 25 unten: n = 5. 25 : Circle group radiator according to the invention with n same rotationally symmetrical about the center Z arranged horizontally polarized radiator elements 59 whose feed in each case in the direction of rotation of adjacent radiator elements differs in phase by 360 ° / n. 25 above: n = 4. 25 below: n = 5.
26:
Kreisgruppenstrahler 7f gemäß einer Anordnung
wie in 25 mit an den Eckpunkten eines
Quadrats mit Zentrum Z angeordneten horizontal polarisierten Strahlerelementen 59 mit
Zuleitungen 18 und Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk
aus λ/4-langen Mikrostreifenleitern 30 mit den
Teilstücken 15a, 15b, 15c. 26 : Circle group radiator 7f according to an arrangement as in 25 with at the vertices of a square center Z arranged horizontally polarized radiator elements 59 with supply lines 18 and power divider and phase shifter network of λ / 4-long microstrip conductors 30 with the sections 15a . 15b . 15c ,
Obwohl
die erfindungsgemäße Aufgabe auf eine Empfangsantenne
gerichtet ist, werden nachfolgend die Eigenschaften der Antenne
aus Gründen der besseren Nachvollziehbarkeit für
den reziproken Betrieb der Antenne als Sendeantenne beschrieben, wobei
der Sendefall aber aufgrund der naturgemäß geltenden
Reziprozitätsbeziehung auch für die Richtdiagramme
des Empfangsfalls zutrifft.Even though
the object of the invention to a receiving antenna
is addressed, the following are the properties of the antenna
for the sake of better traceability for
describes the reciprocal operation of the antenna as a transmitting antenna, wherein
the transmission case but due to the naturally valid
Reciprocity relationship also for the directional diagrams
the receiving case applies.
Im
Folgenden werden die Grundlagen zur Gestaltung von Antennen erläutert,
welche der erfindungsgemäßen Antenne zugrunde
liegen.in the
The following explains the basics of designing antennas,
which the antenna according to the invention is based
lie.
Der
besondere Vorteil einer Antenne nach der Erfindung, wie sie zum
Beispiel in 2 dargestellt ist, ist die Eigenschaft,
dass der entsprechend dem Reziprozitätsgesetz bei Betrieb
der Antenne als Sendeantenne im Fernfeld erzeugte elektrische Feldstärkevektor
auch bei verhältnismäßig niedrigen Elevationswinkeln
der Strahlung eine im technischen Sinne reine zirkulare Polarisation
mit azimutaler Rundcharakteristik beschreibt. Dies wird durch phasenstarre
Kombination der horizontal polarisierten Schleifenantenne 14 mit
dem mindestens einen vertikalen Strahler 7 erreicht und
geschieht durch Überlagerung der fernen Strahlungsfelder
der beiden Strahler um 90° durch entsprechend unterschiedliche Phasenpeisung
und entsprechender Amplitudenspeisung der beiden Antennen. Damit
sind im fernen Strahlungsfeld in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
zwei aufeinander senkrecht stehende und um 90° in der Phase
sich unterscheidende Feldstärke-Vektoren erzeugt, die das
gewünschte zirkular polarisierte Feld darstellen. Für
die Erzeugung der Rundcharakteristik ist es erforderlich, dass die
Phasenbezugspunkte B – oder auch Phasenschwerpunkte genannt – der
beiden Antennen zusammenfallen, was durch rotationssymmetrische
Anordnung um das gemeinsame Zentrum Z der Antennen erreicht wird.The particular advantage of an antenna according to the invention, as for example in 2 is the characteristic that the electric field strength vector generated in accordance with the reciprocity law when operating the antenna as transmitting antenna in the far field even at relatively low elevation angles of the radiation describes a purely circular circular polarization with azimuthal omnidirectional characteristic in the technical sense. This is achieved by phase-locked combination of the horizontally polarized loop antenna 14 with the at least one vertical emitter 7 achieved and done by superposition of the distant radiation fields of the two radiators by 90 ° by correspondingly different phase supply and corresponding amplitude supply of the two antennas. Thus, in the distant radiation field in a plane perpendicular to the direction of propagation two mutually perpendicular and by 90 ° in phase differing field strength vectors are generated, which represent the desired circularly polarized field. For the generation of the omnidirectional characteristic, it is necessary that the phase reference points B - or else the phase centroids - of the two antennas coincide, which is achieved by rotationally symmetrical arrangement about the common center Z of the antennas.
Dies
wird zum einen erreicht durch die kreisförmige oder polygonale
horizontal in einer Ebene mit konstantem Abstand 4 als
Höhe h über der Grundfläche 6 angeordneten
Schleifenantenne 14. Diese wirkt im Wesentlichen ähnlich
wie eine Rahmenantenne über einer leitenden Fläche.
Unter der Voraussetzung einer azimutal konstanten Strombelegung auf
der Schleifenantenne 14 kann der Elevationswinkel der Hauptstrahlrichtung über
die Wahl der Höhe h und der horizontalen Ausdehnung – das
heißt dem Radius bei kreisförmiger Gestaltung
der Schleifenantenne 14 – eingestellt werden.
Dabei kann eine Nullstelle in vertikaler Richtung und in horizontaler
Richtung erreicht werden. Die Erzielung eines gewünschten
vertikalen Richtdiagramms erfordert jedoch eine horizontale Ausdehnung
der Schleifenantenne in der Weise, dass ihre Gesamt-Umlauflänge
nicht mehr klein ist im Vergleich zur elektrischen Freiraum-Wellenlänge λ0. Erfindungsgemäß wird
die Schleifenantenne deshalb in n gleiche Leitungsabschnitte der Länge Δs < λ0/8 durch Unterbrechungsstellen 5 unterteilt,
welche jeweils durch Einfügen von einer Kapazität
miteinander verbunden sind. Die Kapazitäten sind dabei
vorzugsweise so gewählt, dass sich zusammen mit den Eigenschaften
der Leitungsabschnitte Resonanz bei der Betriebsfrequenz fm einstellt.
Eine derartige Antenne kann in vorteilhafter Weise für
eine azimutal reine Rundcharakteristik gestaltet werden. In Verbindung
mit dem mindestens einen vertikalen Strahler 7, welcher
im Beispiel der 2 im Zentrum Z der Schleifenantenne 14 vorhanden
ist und dessen azimutales Strahlungsdiagramm ebenfalls omnidirektional
ist, ergibt sich für die Antenne nach der Erfindung auch
das gewünschte zirkular polarisierte Strahlungsfeld mit
reiner Rundcharakteristik. Somit eignet sich die Antenne nach der
Erfindung in vorteilhafter Weise insbesondere für den Satelliten-Rundfunkempfang
in Fahrzeugen, wo Antennen mit azimutaler Rundcharakteristik auf
der elektrisch leitenden Fahrzeugaußenhaut angebracht werden.This is achieved on the one hand by the circular or polygonal horizontally in a plane with a constant distance 4 as height h above the ground 6 arranged loop antenna 14 , This acts essentially similar to a loop antenna over a conductive surface. Assuming an azimuthally constant current assignment on the loop antenna 14 For example, the elevation angle of the main beam direction can be selected by selecting the height h and the horizontal extent-that is, the radius when the loop antenna is circular 14 - be set. In this case, a zero point in the vertical direction and in the horizontal direction can be achieved. The achievement of a desired vertical directional pattern, however, requires a horizontal extension of the loop antenna such that its total orbital length is no longer small compared to the free-space electrical wavelength λ 0 . According to the invention, the loop antenna is therefore into n equal portions of the cable length .DELTA.s <λ 0/8 by interruption points 5 divided, which are each connected by insertion of a capacity. The capacitances are preferably selected such that resonances occur at the operating frequency fm together with the properties of the line sections. Such an antenna can advantageously be designed for an azimuthally pure omnidirectional characteristic. In conjunction with the at least one vertical emitter 7 , which in the example of the 2 in the center Z of the loop antenna 14 is present and whose azimuthal radiation pattern is also omnidirectional, results for the antenna according to the invention, the desired circularly polarized radiation field with pure omnidirectional. Thus, the antenna according to the invention is advantageously suitable in particular for satellite radio reception in vehicles, where antennas with azimuthal omnidirectional characteristics are mounted on the electrically conductive vehicle outer skin.
2 zeigt
eine kreisförmige Schleifenantenne 14 mit Radius
R, welche auch polygonal gestaltet sein kann. In ihrem Mittelpunkt
im Zentrum Z befindet sich ihr Phasenbezugspunkt B. Die Struktur ist
unterteilt in „n” Leitungsabschnitte, jeweils
mit der Länge Δs. Die Gesamt-Umlauflänge
beträgt S. Die Antenne wirkt als Rahmenantenne mit Abmessungen im
Bereich der Wellenlänge, wobei trotzdem erfindungsgemäß eine
homogene Stromverteilung durch Unterteilung der Struktur und Einfügen
von Kapazitäten 16 erreicht wird. Dadurch wirkt
die Antenne in ihrer Länge elektrisch verkürzt
und erzeugt rundum ein homogenes, horizontal polarisiertes elektromagnetisches
Feld. Die Schleifenantenne 14 ist mit konstanter Höhe
h über der leitenden Grundfläche 6 angeordnet.
Die vertikale Hauptstrahlrichtung kann über die Wahl der
Höhe h und des Radius der Schleifenantenne 14 eingestellt
werden. Es kann eine Nullstelle in vertikaler Richtung und in horizontaler
Richtung erreicht werden. Die ringförmig umlaufende Leiterlänge
S ist in n gleich lange Stücke mit der Länge Δs =
S/n unterteilt. Der Leiter-Wellenwiderstand der umlaufenden Leitung über
der leitenden Grundfläche 6 sei Zw. Die kapazitive
Recktanz ΔX pro Leitungstück Δs und damit
der in dieses Leiterstück jeweils einzufügende
Kapazitätswert C = 1/(ω·ΔX)
ist bei Annahme einer gestreckten Länge Δs und
bei näherungsweise ringförmiger Leitung mit großem
Radius R der ringförmigen Schleifenantenne 14 gegenüber
der Leiterhöhe h definiert durch ΔX/Zw
= tan(2πΔs/λ0). 2 shows a circular loop antenna 14 with radius R, which can also be designed polygonal. At its center in the center Z is its phase reference point B. The structure is subdivided into "n" line sections, each with the length Δs. The total orbital length is S. The antenna acts as a loop antenna with dimensions in the range of the wavelength, while nevertheless according to the invention a homogeneous current distribution by subdivision of the structure and insertion of capacitances 16 is reached. As a result, the length of the antenna is electrically shortened and creates a homogeneous, horizontally polarized electromagnetic field all around. The loop antenna 14 is at a constant height h above the conductive base 6 arranged. The main vertical beam direction can be selected by choosing the height h and the radius of the loop antenna 14 be set. It can be achieved a zero point in the vertical direction and in the horizontal direction. The annular circumferential conductor length S is divided into n equal pieces of length Δs = S / n. The conductor characteristic impedance of the circulating line over the conductive base 6 be Zw. The capacitive reactance ΔX per line section Δs and thus the capacitance value C = 1 / (ω · ΔX) to be inserted into this conductor section is assuming an elongated length Δs and for an approximately annular line with a large radius R of the annular loop antenna 14 defined by the conductor height h ΔX / Zw = tan (2πΔs / λ 0 ).
Es
ergibt sich in guter Näherung für den in das Leitungsstück Δs
einzufügenden Kapazitätswert C: C
= 1 /(ω·Zwtan(2πΔs/λ0)) Kreisfrequenz der Satellitensignale
= ω; Freiraumwellenlänge der Satellitensignale
= λ0 This results in a good approximation for the capacitance value C to be inserted into the line section Δs: C = 1 / (ω · Zwtan (2πΔs / λ 0 )) Angular frequency of the satellite signals = ω; Free space wavelength of the satellite signals = λ 0
Mit
dieser Dimensionierung der Kapazitätswerte C lässt
sich für die Schleifenantenne 14 Resonanz einstellen,
so dass die an der Schleifenantennen-Anschlussstelle 3 auftretende
Antennenimpedanz weitgehend reell gestaltet werden kann.With this dimensioning of the capacitance values C can be for the loop antenna 14 Adjust the resonance so that the at the loop antenna connection point 3 occurring antenna impedance can be made largely real.
Um
in guter Näherung ein Runddiagramm zu erhalten, ist die
Leitung der Länge S durch Einfügung von Kapazitäten 16 in
ausreichend viele Teilstücke zu teilen. Für eine
sinnvolle Unterteilung gilt: Δs/λ0 < 1/8. Sind die Teilstücke Δs
= S/n ausreichend klein gewählt, so ist die Gleichheit Δs
aller Teilstücke nicht unbedingt erforderlich, solange
nur nach jedem Teilstück eine Kapazität 16 eingefügt
wird, deren Wert sich nach oben beschriebenem Kriterium aus der
relativen Länge Δs/λ0 des
betreffenden Teilstücks errechnet.To get a round diagram to a good approximation, the line of length S is by insertion of capacitances 16 to divide into a sufficient number of cuts. For a meaningful subdivision: Δs / λ 0 <1/8. If the sections .DELTA.s = S / n are chosen to be sufficiently small, the equality .DELTA.s of all sections is not absolutely necessary, as long as a capacity is only after each section 16 whose value is calculated according to the above-described criterion from the relative length Δs / λ 0 of the relevant section.
Als
weiterer Strahler 7 ist im Beispiel der 2 im
Zentrum Z der Schleifenantenne 14 ein elektrisch kurzer,
vertikal orientierter Monopol 7a angebracht. Die Abweichung
der Positionierung des Monopols 7a vom Zentrum Z sollte
im Interesse der Rundheit des Strahlungsdiagramms λ0/20 nicht überschreiten. An einer
Unterbrechungsstelle der Schleifenantenne 14 ist deren
Schleifenantennen-Anschlussstelle 3 gebildet, an welche über
eine Zweidrahtleitung 26 ein Anpassnetzwerk 25 mit
Umsymmetrierglied 29 und ein nach geschaltetes Phasenschieber-Netzwerk 23 angeschlossen
sind. Der Strahleranschlussstelle 2 des Monopols 7a ist
das Anpassnetzwerk 25 zur Impedanzanpassung nachgeschaltet
und die Signale des Monopols 7a und der Schleifenantenne
werden in dem Summations-Netzwerk 53 überlagert;
dieses ist wiederum mit der Antennenanschlussstelle 28 verbunden.
Zur Erzeugung der zirkular polarisierten Strahlung sind die Phase des
Phasenschieber-Netzwerks 23 und alle Netzwerke in ihrer
Zusammenwirkung in der Weise eingestellt, dass die Strahlungsfelder
der Schleifenantenne 14 und die des Monopols 7a im
Fernfeld der Antenne mit einem Phasenunterschied von 90° und
mit gleicher Intensität überlagert sind. Zur Vermeidung von
Unsymmetrien des azimutalen Richtdiagramms des Monopols 7a,
bewirkt durch die im Wesentlichen vertikal verlaufende Zweidrahtleitung 26,
ist Letztere erfindungsgemäß in der Weise gestaltet,
dass sie bezüglich des im Gleichtakt fließenden
Längsstroms, welcher dem im Gegentakt fließenden
Strompaar auf den beiden Leitern überlagert ist, induktiv
hochohmig wirkt. Dadurch wird erzielt, dass die Zweidrahtleitung 26 das
Strahlungsfeld des Monopols 7a nicht beeinflusst. Für
die Gestaltung einer solchen Zweidrahtleitung 26 gibt es
eine Reihe von Möglichkeiten. In der Praxis kann sie zum
Beispiel auf vorteilhafte Weise durch eine auf einem Träger
gedruckte Zweidrahtleitung hergestellt werden, welche zur Erhöhung
der Induktivität als Mäander ausgeführt
ist. Zusätzlich kann durch Wahl ihrer Länge eine
gewünschte Phasenbeziehung hergestellt werden.As another spotlight 7 is in the example of 2 in the center Z of the loop antenna 14 an electrically short, vertically oriented monopole 7a appropriate. The deviation of the positioning of the monopoly 7a the center Z should not exceed the interest of the roundness of the radiation pattern λ 0 / 20th At an interruption point of the loop antenna 14 is its loop antenna connection point 3 formed, to which via a two-wire line 26 a matching network 25 with balancing element 29 and a postponed phase shifter network 23 are connected. The radiator connection point 2 of monopoly 7a is the matching network 25 downstream of the impedance matching and the signals of the monopole 7a and the loop antenna become in the summation network 53 layered; this in turn is with the antenna connection point 28 connected. To generate the circularly polarized radiation are the phase of the phase shifter network 23 and all networks in their interaction are set in such a way that the radiation fields of the loop antenna 14 and the monopoly 7a in the far field of the antenna are superimposed with a phase difference of 90 ° and with the same intensity. To avoid asymmetries of the azimuth directional diagram of the monopole 7a caused by the substantially vertical two-wire line 26 , The latter is designed according to the invention in such a way that it is inductive high impedance with respect to the current flowing in the common mode longitudinal current, which is superimposed on the current in the push-pull current pair on the two conductors. This ensures that the two-wire line 26 the radiation field of the monopoly 7a unaffected. For the design of such a two-wire line 26 There are a number of possibilities. In practice, for example, it can be advantageously produced by a printed on a support two-wire line, which is designed to increase the inductance as a meander. Additionally, by choosing its length, a desired phase relationship can be established.
Über
unterschiedliche Gewichtung bei der Überlagerung der beiden
Antennensignale kann das vertikale Richtdiagramm zu niedrigen Elevationswinkeln
hin für diese Signale aufgefüllt werden. Der als Stabantenne
ausgebildete Monopol 7a besitzt in seiner vertikalen Richtcharakteristik
eine ähnliche Hauptstrahlrichtung wie die horizontal polarisierte Schleifenantenne 14,
liefert jedoch für niedrige Elevationswinkel einen größeren
Beitrag als diese. Mit Hilfe der Netzwerke 25, 23, 53 kann
sowohl die Gewichtung der Eigenschaften der beiden Antennensignale
unterschiedlich eingestellt werden und zusätzlich die nötige
Phasenbedingung eingehalten werden.By different weighting in the superposition of the two antenna signals, the vertical radiation pattern can be filled to low elevation angles for these signals. The trained as a rod antenna monopoly 7a owns in ner vertical directional characteristic a similar main beam direction as the horizontally polarized loop antenna 14 but provides a larger contribution for low elevation angles than these. With the help of the networks 25 . 23 . 53 Both the weighting of the properties of the two antenna signals can be set differently and additionally the necessary phase condition can be maintained.
Der
Einfluss einer nicht im Zentrum Z befindlichen symmetrischen vertikalen
Speiseleitung in Form der symmetrischen Zweidrahtleitung 26 schmälert
die Polarisationsreinheit der Schleifenantenne 14 selbst
nicht. Die Verbindung des einen Anschlusses auf der unsymmetrischen
Seite des Anpass- und Umsymmetrierglieds 25, 29 zur
weiterführenden Schaltung der Antennenanordnung erfolgt vorteilhaft
mit Hilfe eines über der leitenden Grundfläche 6 geführten
Mikrostreifenleiters 30. Der andere Anschluss auf der unsymmetrischen
Seite des Umsymmetrierglieds 29 ist mit der elektrisch
leitenden Grundfläche 6 verbunden. Aufgrund der
Symmetrieeigenschaften der Zweidrahtleitung 26 kompensieren sich
die Wirkungen der zueinander in entgegen gesetzter Richtung fließenden
Ströme auf den Leitern der Zweidrahtleitung 26 in
ausreichendem Maße, so dass auch diese die Strahlungseigenschaften
der Schleifenantenne 14 nicht beeinflussen. Wie im Folgenden
erläutert wird, sind auch die vom elektromagnetischen Empfangsfeld
erzeugten Ströme auf diesen Leitern ohne Einfluss auf die
Wirkungen an der Antennenanschlussstelle 3. Bezüglich
des azimutalen Strahlungsdiagramms des Monopols 7a kann sich
jedoch abhängig vom Radius R der Schleifenantennen 14 eine
Restunsymmetrie einstellen.The influence of a symmetrical vertical feed line not in the center Z in the form of the symmetrical two-wire line 26 reduces the polarization purity of the loop antenna 14 not yourself. The connection of one terminal on the unbalanced side of the matching and Umsymmetrierglieds 25 . 29 for further switching of the antenna arrangement is advantageously carried out with the help of an over the conductive base 6 guided microstrip conductor 30 , The other terminal on the unbalanced side of the Umsymmetrierglieds 29 is with the electrically conductive base 6 connected. Due to the symmetry properties of the two-wire line 26 the effects of the currents flowing towards each other in the opposite direction are compensated for on the conductors of the two-wire line 26 to a sufficient extent, so that these too the radiation properties of the loop antenna 14 do not influence. As will be explained below, the currents generated by the electromagnetic reception field on these conductors are also without influence on the effects at the antenna connection point 3 , With respect to the azimuthal radiation pattern of the monopole 7a may, however, depend on the radius R of the loop antennas 14 set a residual imbalance.
Es
entspricht dem Wesen der vorliegenden Erfindung, dass durch Einstellung
der Anpassnetzwerke 25 und des Phasenschieber-Netzwerks 23 sowohl
das Achsenverhältnis als auch die räumliche Ausrichtung
der Ellipse für elliptische Polarisation eingestellt werden
können. Diese Einstellbarkeit kann erfindungsgemäß in
sehr vorteilhafter Weise, z. B. in Antennendiversity-Technologien,
eingesetzt werden, um im durch Mehrwegeausbreitung verzerrten Empfangsfeld
die Empfangsleistung durch aktuelle Anpassung der Elliptizität
der Polarisation laufend zu optimieren.It is the essence of the present invention that by adjusting the matching networks 25 and the phase shifter network 23 both the axis ratio and the spatial orientation of the ellipse for elliptical polarization can be adjusted. This adjustability can according to the invention in a very advantageous manner, for. As in antenna diversity technologies, are used to continuously optimize the receive power by current adjustment of the ellipticity of the polarization in the distorted by multipath propagation reception field.
Als
Beispiel zur Gestaltung des Empfangs im Bereich eines Elevationswinkels
zwischen 25° und 65° (typischer Winkelbereich
für GEO-stationären Satellitenempfang) bei azimutaler
Rundcharakteristik ist eine horizontal angeordnete Schleifenantenne 14 im
Abstand von etwa 1/10 der Wellenlänge über der leitenden
Grundfläche 6 platziert. Der Durchmesser der Schleifenantenne 14 ist
vorteilhaft nichtwesentlich kleiner als 1/4 der Wellenlänge
gewählt. Längs der Leiterführung ist
in Abständen von etwa 1/8 der Wellenlänge jeweils
eine mit einer Kapazität 16 mit einem Blindwiderstand
von etwa –200 Ohm beschaltete Unterbrechungsstelle 5 eingebracht.
Durch Wirkung der erfindungsgemäßen Kapazitäten 16 ist
es möglich auf der Schleifenantenne 14 eine für
die Rundstrahlung notwendige azimutal konstante Stromverteilung
zu erzielen, obwohl die gestreckte Länge der Schleifenantennen 14 im
Vergleich zur Wellenlänge λ nicht kurz ist. Diese
Länge ist andererseits wiederum notwendig, um eine praktikable
Impedanz der Schleifenantenne 14 zu bewirken. In 15(a) ist beispielhaft das Vertikaldiagramm
einer solchen Antenne nach der Erfindung dargestellt. Für das
Beispiel einer quadratisch geformten Schleifenantenne 14 mit
zentralem kurzem vertikalem Monopol im Frequenzbereich um 2,3 GHz
haben sich für die Schleifenantenne 14 eine Kantenlänge
von etwa 3 cm und eine Höhe h von 13 mm zur Realisierung sowohl des
vertikalen Richtdiagramms nach 15(a) als
auch eines passenden Leiter-Wellenwiderstands Zw als günstig
erwiesen.As an example for the design of the reception in the range of an elevation angle between 25 ° and 65 ° (typical angular range for GEO stationary satellite reception) with azimuthal omnidirectional characteristic is a horizontally arranged loop antenna 14 at a distance of about 1/10 of the wavelength above the conductive base 6 placed. The diameter of the loop antenna 14 is advantageously not substantially less than 1/4 of the wavelength chosen. One conductor each has a capacitance at intervals of about 1/8 of the wavelength along the conductor guide 16 with a reactance of about -200 ohms connected interruption point 5 brought in. By effect of the capacities according to the invention 16 is it possible on the loop antenna 14 to achieve an azimuthal constant current distribution necessary for the omnidirectional radiation, although the elongated length of the loop antennas 14 is not short compared to the wavelength λ. On the other hand, this length is again necessary to provide a practical impedance of the loop antenna 14 to effect. In 15 (a) For example, the vertical diagram of such an antenna according to the invention is shown. For the example of a square shaped loop antenna 14 with central short vertical monopole in the frequency range around 2.3 GHz have opted for the loop antenna 14 an edge length of about 3 cm and a height h of 13 mm for the realization of both the vertical directional diagram according to 15 (a) as well as a matching conductor characteristic impedance Zw proved to be favorable.
Eine
weitere gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten
Antennen, wie z. B. solchen aus der DE-A-4008505 und der DE-A-10163793 sowie Patchantennen,
hervorzuhebende Eigenschaft besteht in der azimutalen Phasenunabhängigkeit
der zirkular polarisierten Strahlung einer Antenne nach der vorliegenden
Erfindung. Im Gegensatz hierzu ändert sich die Phase bei
den oben genannten Antennen nach dem Stande der Technik mit dem
azimutalen Winkel des Ausbreitungsvektors, also bei einem kompletten
azimutalen Umlauf um den Winkel 2π. Die erfindungsgemäße
Bedeutung dieser Eigenschaften bezüglich einer Kombination
von Antennen nach dem genannten Stand der Technik mit einer Antenne
nach der vorliegenden Erfindung wird weiter unten erläutert.Another compared to the known from the prior art antennas, such. B. such from the DE-A-4008505 and the DE-A-10163793 As well as patch antennas, the characteristic to be emphasized is the azimuthal phase independence of the circularly polarized radiation of an antenna according to the present invention. In contrast, in the prior art antennas mentioned above, the phase changes with the azimuthal angle of the propagation vector, ie with a complete azimuthal orbit around the angle 2π. The inventive meaning of these properties with respect to a combination of antennas according to the cited prior art with an antenna according to the present invention will be explained below.
Für
den Fall, dass das Satelliten-Rundfunksystem zusätzlich
durch die bereichsweise Ausstrahlung vertikal polarisierter terrestrischer
Signale in einem weiteren, in der Frequenz dicht benachbartem Frequenzband ähnlicher
Bandbreite unterstützt wird, ist es wünschenswert,
das vertikale Richtdiagramm für die Vertikalkomponente
der elektrischen Feldstärke zu niedrigen Elevationswinkeln
hin aufzufüllen. Die erfindungsgemäße
Verbindung der Schleifenantenne 14 und des dazu senkrecht
polarisierten weiteren Strahlers 7 – zumeist realisiert
als vertikaler Monopol – erlaubt es diesen Aspekt in besonders
vorteilhafter Weise zu berücksichtigen.In the event that the satellite broadcasting system is additionally supported by the regionally radiating vertically polarized terrestrial signals in another frequency band closely adjacent to the frequency band of similar bandwidth, it is desirable to use the vertical radiation pattern for the vertical component of the electric field strength at low elevation angles fill. The inventive compound of the loop antenna 14 and the perpendicular polarized further radiator 7 - mostly realized as a vertical monopoly - allows this aspect to be considered in a particularly advantageous manner.
In 3 ist
eine Antenne nach der Erfindung dargestellt, wobei der weitere Strahler 7,
welcher auf der Ebene der Schleifenantenne 14 senkrecht
orientiert ist, aus einer Gruppe von Monopolen 7a gebildet ist.
Diese sind rotationssymmetrisch zum Zentrum Z und innerhalb der
Schleifenantenne 14 angeordnet. Die Monopole sind an ihrem
unteren Ende über Leitungen im Zentrum Z miteinander verbunden
und bilden dort die Strahleranschlussstelle 2. Bei nicht
zu großem Durchmesser des Kreisrings, auf dem die Monopole 7a um
das Zentrum Z angeordnet sind und bei nicht zu geringer Anzahl der
Monopole 7a ist das azimutale Richtdiagramm des so gestalteten
Strahlers 7 hinreichend omnidirektional.In 3 an antenna according to the invention is shown, wherein the further radiator 7 which is at the level of the loop antenna 14 oriented vertically, from a group of monopolies 7a is formed. These are rotationally symmetric to the center Z and within the loop antenna 14 arranged. The monopolies are at the bottom over Lei tions in the center Z connected to each other and form there the radiator connection point 2 , At not too large diameter of the annulus on which the monopolies 7a are arranged around the center Z and not too small number of monopolies 7a is the azimuthal directional diagram of the thus designed radiator 7 sufficiently omnidirectional.
4 zeigt
eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Antenne nach der Erfindung ähnlich
wie in 2, wobei die Schleifenantenne 14 zur
Verkleinerung der Restunsymmetrie der Anordnung bezüglich des
azimutalen Richtdiagramm des Monopols 7 zwei in der Symmetrieebene
SE einander gegenüberliegende Antennenanschlussstellen 3a, 3b aufweist,
an die in der Schleifenebene angeordnete Umsymmetrier – und
Anpassnetzwerke 25, 29 angeschlossen sind, deren
Ausgänge über gleiche Phasenschieber-Netzwerke 23 parallel
geschaltet und mit der Zweidrahtleitung 26 verbunden sind.
Der im Zentrum Z angeordnete weitere Strahler 7 ist als
Monopol 7b mit horizontalen, rotationssymmetrisch zum Zentrum Z
angeordneten Leiterteilen als Dachkapazität gestaltet.
Auch diese Leiterteile sind symmetrisch zur Symmetrieebene SE ausgeführt. 4 shows an advantageous embodiment of an antenna according to the invention similar to in 2 where the loop antenna 14 for reducing the residual imbalance of the arrangement with respect to the azimuthal directional diagram of the monopole 7 two in the symmetry plane SE opposite antenna connection points 3a . 3b to the balancing and matching networks arranged in the loop plane 25 . 29 whose outputs are via equal phase shifter networks 23 connected in parallel and with the two-wire line 26 are connected. The arranged in the center Z further radiator 7 is a monopoly 7b designed with horizontal, rotationally symmetrical to the center Z arranged ladder parts as roof capacity. These ladder parts are symmetrical to the plane of symmetry SE executed.
In 5 ist
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ähnlich
wie in Figur vier dargestellt, wobei jedoch Leiterteile der Schleifenantenne 14 zur
Bildung der rotationssymmetrischen Dachkapazität 12 herangezogen
sind. Bei vollkommen symmetrischer Ausgestaltung der Dachkapazität 12 sowohl
bezüglich der Rotationssymmetrie als auch ähnlich
zu der in 4 dargestellten Symmetrieebene
SE ist die Funktion der Schleifenantenne 14 durch den Anschluss
der Dachkapazität 12 des Monopols nicht beeinträchtigt.In 5 is a further advantageous embodiment of the invention similar to that shown in Figure four, but with conductor parts of the loop antenna 14 to form the rotationally symmetric roof capacity 12 are used. In perfectly symmetrical design of the roof capacity 12 both in terms of rotational symmetry and similar to those in 4 shown symmetry plane SE is the function of the loop antenna 14 by connecting the roof capacity 12 monopoly is not affected.
In 14 ist
die Antenne nach der Erfindung wie in 5 dargestellt,
jedoch mit einer gemeinsamen Strahleranschlussstelle 2 für
die gemeinsame Speisung der Schleifenantenne 14 und des
vertikalen Monopols mit Dachkapazität 7b. Das
zirkular polarisierte Feld entsteht, indem die Wellen, welche bei Sendebetrieb über
die vertikale Monopolantenne und über die Horizontalarme
der Dachkapazität 12 an der Schleifenantenne 14 eintreffen
sich nach rechts und links aufspalten, wobei der Abstand zur nächsten
Kapazität 16 auf der Schleifenantenne nach der
rechten Seite hin anders gewählt ist als der Abstand zur nächsten
Kapazität 16 auf der Schleifenantenne nach der
linken Seite hin. Die Schleifenantenne ist also so gegen die Dachkapaziät
um die z-Achse herum zu drehen, dass sich links- und rechtsseitig
unterschiedliche Winkelabstände α und β zwischen
den Horizontalarmen der Dachkapazität und der jeweils nächsten
Kapazität ergeben. Auf diese Weise ist im Zusammenwirken
der einspeisenden Horizontalarme der Dachkapazität 12 und
den betreffenden Unterbrechungen der Leiterschleife eine Schleifenantennen-Anschlussstelle
zur Einspeisung des Ringstromes auf der Schleifenantenne 14 gebildet.
Dabei sind die Horizontalarme der Dachkapazität 12 über
die Strahleranschlussstelle 2 nicht nur für ihre
Wirkung als Dachkapazität sondern darüber hinaus
auch zur Erzeugung des Ringstromes auf der Schleifenantenne 14 gespeist,
so dass die Speisung der Schleifenantenne 14 und des Monopols 7b mit
Dachkapazität in wirtschaftlich sehr vorteilhafter Weise
erfindungsgemäß über die gemeinsame Strahleranschlussstelle 2 des
Monopols 7b erfolgen kann.In 14 is the antenna according to the invention as in 5 shown, but with a common radiator junction 2 for common feeding of the loop antenna 14 and vertical monopoly with roof capacity 7b , The circularly polarized field is created by the waves, which in transmission mode over the vertical monopole antenna and over the horizontal arms of the roof capacity 12 at the loop antenna 14 arrive split right and left, with the distance to the next capacity 16 on the loop antenna to the right side is chosen differently than the distance to the next capacity 16 on the loop antenna towards the left side. The loop antenna is thus so to rotate around the z-axis against the Dachkapaziät that arise on the left and right sides different angular distances α and β between the horizontal arms of the roof capacity and the next capacity. In this way, in cooperation of the feeding horizontal arms of the roof capacity 12 and the respective interruptions of the conductor loop, a loop antenna connection point for feeding the ring current on the loop antenna 14 educated. The horizontal arms of the roof capacity 12 via the radiator connection point 2 not only for its effect as a roof capacity but also for generating the ring current on the loop antenna 14 fed, so that the feed of the loop antenna 14 and the monopoly 7b with roof capacity in an economically very advantageous manner according to the invention via the common radiator connection point 2 of monopoly 7b can be done.
6 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach dem Funktionsprinzip der
Antenne in 2, jedoch mit einer im Zentrum
Z angeordneten vertikalen Zuleitung 26 zur Speisung der
Schleifenantenne 14, wobei die Zuleitung 26 einen
vertikalen Monopol 7a und die Schleifenantenne 14 eine
Dachkapazität 12 des Monopols 7 bildet.
Die Schleifenantenne 14 ist mit zwei symmetrisch zueinander
angeordneten Antennenanschlussstellen 3a, 3b und
je einem Anpassnetzwerk 25 in der Schleifenebene sowie
mit zentralem Anschluss an die vertikale als Zweidrahtleitung 26 ausgeführte
Zuleitung zum Anpassnetzwerk 33 gebildet. Hierbei kompensieren sich
die Wirkungen der im Gegentaktmodus in entgegen gesetzter Richtung
fließenden Ströme der Schleifenantenne 14 auf
den Leitern der Zweidrahtleitung 26. Die Empfangsspannung
des Monopols 7a wird an seiner Strahleranschlussstelle 2 als
Gleichtakt-Modus der Zweidrahtleitung 26 an einem Ausgang
und die Empfangsspannung der Schleifenantenne 14 wird als
Gegentakt-Modus der Zweidrahtleitung 26 am anderen Ausgang
des Anpassnetzwerks 33 dem Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk 31 zur
amplitudengerechten und phasenunterschiedlichen Überlagerung
der Signale am Antennenanschluss 28 zugeführt. 6 shows a further advantageous embodiment of the invention according to the principle of operation of the antenna in 2 , but with a vertical supply line arranged in the center Z 26 for feeding the loop antenna 14 , where the supply line 26 a vertical monopoly 7a and the loop antenna 14 a roof capacity 12 of monopoly 7 forms. The loop antenna 14 is with two symmetrically arranged antenna connection points 3a . 3b and one matching network each 25 in the loop level and with central connection to the vertical as a two-wire line 26 Running supply to the matching network 33 educated. In this case, the effects of the currents of the loop antenna flowing in push-pull mode in the opposite direction compensate each other 14 on the conductors of the two-wire line 26 , The reception voltage of the monopole 7a is at its radiator junction 2 as common mode of the two-wire line 26 at an output and the receiving voltage of the loop antenna 14 is used as push-pull mode of the two-wire line 26 at the other output of the matching network 33 the power splitter and phase shifter network 31 for the amplitude-appropriate and phase-different superposition of the signals at the antenna connection 28 fed.
7 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Antenne nach dem Funktionsprinzip
der Antenne in 6, jedoch mit einer als Quadrat
mit dem Zentrum Z gestalteten Schleifenantenne 14, welche
durch vier in einem Quadrat angeordnete, horizontal liegende und
an ihren Enden über Kapazitäten 16 verbundene
Dipole 21 mit einem über Zuleitungen 18 verbundenen,
zentral im Phasenbezugspunkt B angeordneten Verteilungsnetzwerk 10 gebildet
ist. Das Dipolsystem wirkt als Dachkapazität des auf diese
Weise gebildeten vertikalen Monopols, ähnlich wie in 5 erläutert.
Der Empfang horizontaler bzw. vertikaler elektrischer Feldkomponenten erfolgt über
die Summenbildung 34 beziehungsweise die Differenzbildung 35 und
die phasenunterschiedliche Überlagerung der Signale über
das Phasenschieber-Netzwerk 23 und das Summations-Netzwerk 53. 7 shows a further advantageous embodiment of the antenna according to the principle of operation of the antenna in 6 but with a loop antenna designed as a square with the center Z 14 which are arranged by four in a square, lying horizontally and at their ends over capacities 16 connected dipoles 21 with one over supply lines 18 connected, centrally located in the phase reference point B distribution network 10 is formed. The dipole system acts as a roofing capacity of the vertical monopole formed in this manner, similar to FIG 5 explained. The reception of horizontal or vertical electric field components takes place via the summation 34 or the difference 35 and the phase different superposition of the signals via the phase shifter network 23 and the summation network 53 ,
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in 8 eine
Antennenanordnung dargestellt mit phasenunterschiedlicher Überlagerung
der Empfangsspannungen aus den horizontalen und den vertikalen elektrischen
Feldanteilen einer Schleifenantenne 14 und einer durch
die vertikale Zweidrahtleitung 26 gebildeten Monopolantenne 7a. Ähnlich
wie in 4 sind auch hier zur Verbesserung der Symmetrie
der Anordnung zwei in der Symmetrieebene SE einander gegenüberliegende
Antennenanschlussstellen 3a, 3b mit Anpassnetzwerken 25 in der
Ebene der Schleifenantenne 14 vorhanden. Mit Hilfe eines
in einen der Leiter der Zweidrahtleitung 26 eingebrachten
Zweipolnetzwerks 61 erfolgt die Einstellung des Gleichtakt-zu-Gegentakt-Verhältnisses auf
der vertikalen Zweidrahtleitung 26, womit das Verhältnis
des Anteiles des vertikal polarisierten Feldes mit niedriger Elevation
der Hauptstrahlrichtung zu dem Anteil des horizontal polarisierten
Feldes mit höherer Elevation der Hauptstrahlrichtung eingestellt wird.
Zusätzlich erfolgt die für die Erzeugung der zirkularen
Polarisation notwendige Einstellung der Phasen mit Hilfe dieses
Summations-Netzwerks 53. Erfindungsgemäß können
durch Wahl des o. g. Gleichtakt-zu-Gegentakt-Verhältnisses
und der Phaseneinstellung das Achsenverhältnis und die
räumliche Ausrichtung der Ellipse für elliptische
Polarisation eingestellt werden.In a further advantageous embodiment of the invention is in 8th an antenna arrangement represented with phase-different superimposition of the received voltages from the horizontal and vertical electric field components of a loop antenna 14 and one through the vertical two-wire line 26 formed monopole antenna 7a , Similar to in 4 are also here to improve the symmetry of the arrangement two in the plane of symmetry SE opposite antenna connection points 3a . 3b with matching networks 25 in the plane of the loop antenna 14 available. With the help of one in one of the conductors of the two-wire line 26 introduced two-pole network 61 the setting of the common-mode to differential ratio on the vertical two-wire line 26 whereby the ratio of the proportion of the vertically polarized field with low elevation of the main beam direction to the proportion of the horizontally polarized field with higher elevation of the main beam direction is set. In addition, the adjustment of the phases necessary for the generation of the circular polarization takes place with the aid of this summation network 53 , According to the present invention, by selecting the above-mentioned common-mode-to-differential ratio and the phase adjustment, the axial ratio and the spatial orientation of the ellipse for elliptical polarization can be adjusted.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in 9 ist
die Antenne – zum Beispiel ähnlich zu der Ausführungsform
wie in 2 – jedoch als Mehrfrequenzbereichsantenne
gestaltet. Hierzu werden anstelle diskreter Kapazitäten
in der Schleifenantenne 14 die Kapazitäten 16 jeweils
aus gleichen Zweipol-Netzwerken vorzugsweise jeweils bestehend aus
einer Schaltung aus mehreren Blindelementen gebildet. Damit sind
bei unterschiedlichen Betriebsfrequenzen unterschiedliche Kapazitätswerte
wirksam, welche bei diesen unterschiedlichen Betriebsfrequenzen
die Resonanz für die Gestaltung der reellen Antennenimpedanz
ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the invention in 9 For example, the antenna is similar to the embodiment as in FIG 2 - But designed as a multi-frequency area antenna. To do this, instead of discrete capacitances in the loop antenna 14 the capacities 16 each formed from the same two-pole networks preferably each consisting of a circuit of a plurality of dummy elements. Thus, different capacitance values are effective at different operating frequencies, which at these different operating frequencies make the resonance for the design of the real antenna impedance possible.
In 1 ist
die Situation dargestellt, dass zwei Satelliten-Rundfunk-Frequenzbänder
mit kleiner Bandbreite Bu beziehungsweise Bo dicht benachbart bei
einer hohen Frequenz im L-Band beziehungsweise im S-Band, jedenfalls
bei einer Frequenz von fm > 1
GHz mit gleichen Richtungen, das heißt z. B. links drehender
zirkularer Polarisation (LHCP) abgestrahlt werden. Bei einer Bandbreite
Bu beziehungsweise Bo von einigen Megahertz (typisch etwa 4–25
MHz) ist der relative Frequenzabstand zwischen den Mittenfrequenzen
fmu und fmo derart gering, dass eine frequenzselektive Gestaltung
der Antenne nicht möglich und bei geeigneter Frequenzbandbreite
der Antenne nicht notwendig ist. Beide Signale können deshalb
aufgrund der Gleichheit der Drehrichtungen der Polarisation an derselben
Antennenanschlussstelle 28 empfangen werden. Für
den Fall, dass ein weiteres Satelliten-Rundfunk-Signal in dichter
Frequenznachbarschaft mit der anderen zirkularen Polarisation vorhanden
wäre, so kann dies durch Gestaltung zweier gesonderter
Antennenanschlussstellen 28a und 28b im Rahmen
einer kombinierten Antenne nach der Erfindung gestaltet werden. 10 zeigt
eine Antennenanordnung mit einem als Stabantenne ausgebildeten,
vertikal polarisierten Monopol 7 und einer horizontal polarisierten Schleifenantenne 14 nach
der Erfindung mit auf den Sendefall bezogen gemeinsamem Phasenbezugspunkt
B, jedoch mit getrennter Zuführung der Signale zum Anschluss
für Vertikalpolarisation 49 beziehungsweise zum
Anschluss für Horizontalpolarisation 48. Der an
diesen Anschlüssen nach geschaltete Hybridkoppler 45 mit
90° positivem beziehungsweise negativem Phasenunterschied
bezüglich des LHCP-Anschlusses 28a und des RHCP-Anschlusses 28b ermöglicht
die getrennte Verfügbarkeit von LHCP- beziehungsweise RHCP-Signalen
unterschiedlicher Drehrichtungen der zirkularen Polarisation. Der als
Stabantenne 32 ausgeführte Monopol 7 weist
zur Gestaltung seines Vertikaldiagramms eine mit einem Blindelement 8 beschaltete
Unterbrechungsstelle 5 auf.In 1 is the situation shown that two satellite radio frequency bands with small bandwidth Bu or Bo closely adjacent at a high frequency in the L-band or in the S-band, at least at a frequency of fm> 1 GHz with the same directions, ie z , B. left-rotating circular polarization (LHCP) are radiated. With a bandwidth Bu or Bo of a few megahertz (typically about 4-25 MHz), the relative frequency spacing between the center frequencies fmu and fmo is so small that a frequency-selective design of the antenna is not possible and is not necessary given a suitable frequency bandwidth of the antenna. Both signals can therefore due to the equality of the directions of rotation of the polarization at the same antenna connection point 28 be received. In the event that another satellite broadcasting signal would be present in close frequency proximity with the other circular polarization, this can be done by designing two separate antenna ports 28a and 28b be designed in the context of a combined antenna according to the invention. 10 shows an antenna assembly with a trained as a rod antenna, vertically polarized monopole 7 and a horizontally polarized loop antenna 14 according to the invention with a common phase reference point B relative to the transmission case, but with separate supply of the signals for connection for vertical polarization 49 or for connection for horizontal polarization 48 , The hybrid coupler connected to these connections 45 with 90 ° positive or negative phase difference with respect to the LHCP connection 28a and the RHCP connection 28b allows the separate availability of LHCP or RHCP signals of different directions of rotation of the circular polarization. The as a rod antenna 32 executed monopoly 7 has one with a dummy element to design its vertical diagram 8th switched interruption point 5 on.
Insbesondere
für den Empfang von geostationären Satelliten,
deren Signale in nördlichen Breiten unter vergleichsweise
niedriger Elevation einfallen, ist vorgesehen, dass der eine im
Wesentlichen senkrechte Monopol 7 mindestens eine Unterbrechungsstelle 5 enthält,
die zur Gestaltung des Vertikaldiagramms mit mindestens einem Blindelement 8 beschaltet
bzw. überbrückt ist. Auf diese Weise kann das
Vertikaldiagramm auf vorteilhafte Weise den Erfordernissen angepasst
werden. Die Antennenanschlussstelle 2 ist im Fußpunkt
des Monopols 7 am Anschluss zum Anpassnetzwerk 33 gebildet.In particular, for the reception of geostationary satellites, the signals of which come in northern latitudes with comparatively low elevation, it is provided that the one substantially vertical monopoly 7 at least one point of interruption 5 contains, for the design of the vertical diagram with at least one dummy element 8th is wired or bypassed. In this way, the vertical diagram can be advantageously adapted to the requirements. The antenna connection point 2 is at the foot of the monopoly 7 at the connection to the matching network 33 educated.
Eine ähnliche
Antennenanordnung ist in 11 dargestellt,
wobei jedoch die Realisierung des Monopols 7 ähnlich
der Antennenanordnung in 10 durch
die Kombination der als Dachkapazität wirkenden Schleifenantenne 14 und
der Zweidrahtleitung 26 erfolgt. Mit Hilfe einer kombinierten
Anpassschaltung 50 wird sowohl die Anpassung der Schleifenantenne 14 und
die Anpassung des Monopols 7 als auch die Einstellung eines
gemeinsamen Phasenbezugspunkts B erstellt.A similar antenna arrangement is in 11 but the realization of the monopoly 7 similar to the antenna arrangement in FIG 10 by the combination of the rooftop capacity loop antenna 14 and the two-wire line 26 he follows. With the help of a combined matching circuit 50 will both adapt the loop antenna 14 and the adjustment of the monopoly 7 as well as the setting of a common phase reference point B created.
In
einer weiteren vorteilhaften Antennenanordnung zur alternativen
Auskopplung von RHCP- beziehungsweise LHCP-Signalen ist, wie in 12 dargestellt,
eine Schleifenantenne 14 – wie in 6 – mit
zwei einander gegenüberliegenden Antennenanschlussstellen 3a, 3b und
daran angeschlossenen und in der Schleifenebene befindlichen Anpassnetzwerken 25,
welche zum Beispiel als λ/4-Transformationsleitungen realisiert
sind, vorgesehen. Die Ausgänge der Anpassnetzwerke 25 sind
addierend parallel geschaltet. Das Empfangssignal wird über
die Zweidrahtleitung 26 einem auf der Grundfläche 6 befindlichen
Anpassnetzwerk 25 zugeführt, dessen Ausgang wiederum
an einen der beiden Eingänge einer insbesondere als 90°-Hybridkoppler 45 ausgebildeten
Signalkombinierschaltung angeschlossen ist. An der Antennenanschlussstelle 2 im
Fußpunkt des im Zentrum Z der Anordnung befindlichen, als
Stabantenne ausgebildeten Monopols 7a ist ebenfalls ein Anpassnetzwerk 25 angeschlossen,
dessen Ausgang den anderen der beiden Eingänge des 90°-Hybridkopplers 45 speist.
Ein an die Ausgänge des 90°-Hybridkopplers 45 angeschalteter
LHCP/RHCP-Umschalter 55 stellt an der Anschlussstelle 28 – angesteuert
durch eine in einem Radioempfängermodul 52 befindlichen
Umschaltsteuerung – Satelliten-Empfangssignale der beiden
Drehrichtungen der Polarisation alternativ zur Verfügung.
Bei Ansteuerung mit einem in einem LHCP/RHCP-Radiomodul 52 befindlichen
Diversity-Steuermodul 38 kann die Antennenanordnung in
vorteilhafter Weise ebenso für Polarisations-Diversity
durch Umschalten zwischen dem Empfang für LHCP- und RHCP-Wellen eingesetzt
werden.In a further advantageous antenna arrangement for the alternative decoupling of RHCP or LHCP signals, as in 12 shown, a loop antenna 14 - as in 6 - with two opposite antenna connection points 3a . 3b and matching networks located in the loop level 25 , which are realized for example as λ / 4 transformation lines, provided. The outputs of the matching networks 25 are connected in parallel in addition. The received signal is sent over the two-wire line 26 one on the ground 6 be sensitive matching network 25 fed, whose output in turn to one of the two inputs of a particular as a 90 ° hybrid coupler 45 trained signal combining circuit is connected. At the antenna connection point 2 at the base of the located in the center Z of the arrangement, designed as a rod antenna monopoly 7a is also a matching network 25 whose output is connected to the other of the two inputs of the 90 ° hybrid coupler 45 fed. On to the outputs of the 90 ° hybrid coupler 45 switched LHCP / RHCP switch 55 puts at the junction 28 - Powered by one in a radio receiver module 52 Switching control located - satellite receive signals of the two directions of polarization alternatively available. When driven with one in a LHCP / RHCP radio module 52 located diversity control module 38 For example, the antenna arrangement can also be used advantageously for polarization diversity by switching between reception for LHCP and RHCP waves.
In
einer weiteren besonders wirtschaftlichen Ausführungsform
einer derartigen Antenne mit zirkular polarisiertem Feld bei umschaltbarem
Drehsinn ist in 13 – ähnlich
wie bei der Antenne in 12 – der gesonderte
Monopol 7 eingespart. Für den Empfang bei vertikaler
Polarisation wird auch hier die Zweidrahtleitung 26 – ähnlich
wie in 8 – ausgenutzt. Durch Einfügen
eines geeignet gestalteten Zweipolnetzwerks 61 in einen
der Stränge der vertikalen Zweidrahtleitung 26 wird
der Unterschied von 90° zwischen den Phasen des von der
vertikalen Zweidrahtleitung 26 mit der Schleifenantenne 14 als Dachkapazität 12 und
des von der Schleifenantenne 14 aufgenommenen horizontalen
Feldanteils so eingestellt, dass deren Kombination mit diesem Phasenunterschied
am Mikrostreifenleiter 30 zum Anpassnetzwerk 54 vorliegt
und somit ebenso an der Anschlussstelle 28. Damit empfängt
die Antenne ein zirkular polarisiertes Feld. Eine die Empfangssignale der
Schleifenantenne 14 am Ausgang der Anpassnetzwerke 25 aus
dem horizontal polarisierten elektrischen Feld und die Empfangssignale
der vertikalen Zweidrahtleitung 26 aus dem vertikal polarisierten elektrischen
Feld verknüpfende Schaltung umfasst einen LHCP/RHCP-Umschalter 55 zur
Vertauschung der Polarität der Empfangsspannung der Schleifenantenne 14.
Letztere kann auf diese Weise mit unterschiedlichem Vorzeichen der
Empfangsspannung aus dem vertikal polarisierten elektrischen Feld
hinzugefügt werden, so dass zwischen dem Empfang vom LHCP-Feld
und vom RHCP-Feld durch Umschaltung der LHCP/RHCP-Umschalter 55 umgeschaltet
werden kann. Angesteuert durch eine im Empfänger befindliche
Umschaltsteuerung zwischen LHCP und RHCP-Empfangssignalen stehen
Signale von auf unterschiedlichen Übertragungswegen unterschiedlich
gedrehter Polarisation der Satellitensignale alternierend zur Verfügung.In a further particularly economical embodiment of such an antenna with circularly polarized field with reversible direction of rotation is in 13 - similar to the antenna in 12 - the separate monopoly 7 saved. For the reception with vertical polarization also here the two-wire line 26 - similar to in 8th - exploited. By inserting a suitably designed two-pole network 61 in one of the strands of the vertical two-wire line 26 is the difference of 90 ° between the phases of the vertical two-wire line 26 with the loop antenna 14 as roof capacity 12 and that of the loop antenna 14 recorded horizontal field component set so that their combination with this phase difference on the microstrip 30 to the matching network 54 is present and thus also at the junction 28 , Thus, the antenna receives a circularly polarized field. One of the received signals of the loop antenna 14 at the exit of the matching networks 25 from the horizontally polarized electric field and the received signals of the vertical two-wire line 26 The vertical polarized electric field linking circuit comprises an LHCP / RHCP changeover switch 55 for interchanging the polarity of the receiving voltage of the loop antenna 14 , The latter can be added in this way with different signs of the received voltage from the vertically polarized electric field, so that between the reception of the LHCP field and the RHCP field by switching the LHCP / RHCP switch 55 can be switched. Controlled by a switching control between LHCP and RHCP received signals located in the receiver, signals of different polarization of the satellite signals, which are rotated differently on different transmission paths, are available alternately.
Wie
bereits im Zusammenhang mit der Antenne in 8 erläutert – kann
auch hier ein entsprechendes Netzwerk 61 aus Blindwiderständen
in den mit Masse verbundenen Strang der vertikalen Zweidrahtleitung 26 geschaltet
werden. Mit Hilfe des Netzwerks 61, kann die Einstellung
des Gleichtakt-zu-Gegentakt-Verhältnisses auf der vertikalen
Zweidrahtleitung 26 eingestellt werden. Die Empfangsspannungen
aus den horizontalen und den vertikalen elektrischen Feldanteilen
werden entsprechend der zirkularen Polarisation phasenunterschiedlich überlagert. Durch
Einstellung des Gleichtakt-zu-Gegentakt-Verhältnisses auf
der vertikalen Zweidrahtleitung 26 kann das Verhältnis
des Anteiles des vertikal polarisierten Feldes mit niederer Elevation
der Hauptstrahlrichtung zu dem Anteil des horizontal polarisierten
Feldes mit höherer Elevation der Hauptstrahlrichtung eingestellt
werden.As already related to the antenna in 8th explained - can also here a corresponding network 61 of reactances in the grounded strand of the vertical two-wire line 26 be switched. With the help of the network 61 , the setting of the common mode to differential ratio on the vertical two-wire line 26 be set. The received voltages from the horizontal and the vertical electric field components are superimposed phase-differently according to the circular polarization. By setting the common-mode-to-differential ratio on the vertical two-wire line 26 For example, the ratio of the proportion of the vertically polarized low elevation field of the main beam direction to the proportion of the horizontally polarized higher elevation field of the main beam direction can be adjusted.
In
einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird die Antenne in den obigen Ausführungsformen
mit einem weiteren Strahler mit azimutalem Runddiagramm kombiniert, dessen
Polarisation zirkular ist und die Phase der zirkularen Polarisation
sich mit dem azimutalen Winkel des Ausbreitungsvektors dreht – also
bei einem kompletten azimutalen Umlauf um den Winkel 27.
Wie bereits oben erwähnt, erfüllen die aus der DE-A-4008505 und
der DE-A-10163793 ,
bzw. EP 1 239 543 B1 ,
bekannten Antennen aus dem Stande der Technik, sowie andere bekannte
Antennenformen diese Bedingung. Die Wirkungsweise dieser Antennen
beruht im Wesentlichen darauf, dass die einzelnen Antennenteile
auf unter einem rechten Winkel gekreuzten und auf der Grundebene
senkrecht stehenden Ebenen platziert sind und die Antennenteile der
unterschiedlichen Ebenen zur Erzeugung der zirkularen Polarisation
um 90° in der Phase versetzt zusammengeschaltet sind. Selbst
die Wirkung von Patchantennen lässt sich auf ähnliche
Weise darstellen. Strahler 7d mit azimutalem Runddiagramm,
deren Polarisation zirkular ist und deren Phase der zirkularen Polarisation
sich mit dem azimutalen Winkel des Ausbreitungsvektors dreht und
die aus zwei gekreuzten Strahlern aufgebaut sind, werden im Folgenden
zur einfachen Unterscheidung als „gekreuzte Strahler” bezeichnet.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, in the above embodiments, the antenna is combined with another azimuth circular radiator whose circular polarization is circular and the circular polarization phase rotates with the azimuthal angle of the propagation vector - ie, a complete azimuthal revolution the angle 27 , As mentioned above, meet from the DE-A-4008505 and the DE-A-10163793 , respectively. EP 1 239 543 B1 Known prior art antennas, as well as other known antenna forms, satisfy this condition. The mode of operation of these antennas is essentially based on the fact that the individual antenna parts are placed on planes crossed at right angles and perpendicular to the ground plane and the antenna parts of the different planes are interconnected by 90 ° in phase in order to produce the circular polarization. Even the effect of patch antennas can be represented in a similar way. spotlight 7d with an azimuthal circular diagram whose polarization is circular and whose phase of circular polarization rotates with the azimuthal angle of the propagation vector and which are composed of two crossed emitters are referred to below as "crossed emitters" for ease of distinction.
Bei
Kombination eines derartigen gekreuzten Strahlers 7d in
der Weise, dass dessen Phasenbezugspunkt B mit dem der bisher beschriebenen
erfindungsgemäßen Antenne zusammenfällt
und die Signale der beiden Antennen über ein steuerbares Phasendrehglied 39 und
ein Summations-Netzwerk amplitudengerecht zusammengefasst werden,
bildet sich in vorteilhafter Weise im azimutalen Richtdiagramm der
kombinierten Antennenanordnung eine Hauptrichtung der Strahlung
aus, welche von der Einstellung des Phasendrehglieds 39 abhängig
ist.When combining such a crossed emitter 7d in such a way that its phase reference point B coincides with that of the previously described antenna according to the invention and the signals of the two antennas via a controllable phase-shifting element 39 and a summation network are combined in accordance with amplitude, formed in an advantageous manner in the azimuth directional pattern of the combined antenna arrangement, a main direction of the radiation, which from the on position of the phase shifter 39 is dependent.
Die
Wirkungsweise der Überlagerung der Signale wird an Hand
der 15 und 16 erläutert. In 15a ist die vertikale Richtcharakteristik
des LHCP-polarisierten elektromagnetischen Feldes einer bisher beschriebenen
erfindungsgemäßen Antenne dargestellt. Die Phase
dieses Feldes ist vom azimutalen Winkel unabhängig und
somit ist die Phase für die azimutalen Winkel 0° und
180° jeweils mit demselben Winkel – im Beispiel
0° – gekennzeichnet. Vergleichend hierzu ist das
Elevations-Richtdiagramm eines oben beschriebenen weiteren Strahlers 7d in 15b von einem Typus dargestellt, wie es durch
einen oben beschriebenen gekreuzten Strahler 7d erzeugt
wird, wobei sich für die azimutalen Winkel 0° und
180° um 180° unterschiedliche Phasenwerte ergeben,
die im Beispiel mit 0° und 180° gekennzeichnet
sind. Somit lässt sich bei phasengleicher Überlagerung
beider Signale der Antennengewinn der kombinierten Antennenanordnung
für den azimutalen Winkel 0° steigern und für
den azimutalen Winkel 180° schwächen und bei geeigneter
Einstellung der Amplituden unter einem gewünschten Elevationswinkel
sogar eine Nullstelle des Richtdiagramms einstellen, wie es in 16 dargestellt
ist. Werden die beiden Signale um den einstellbaren Phasenwinkel φ gegeneinander
verschoben überlagert, so ergibt sich – auf Grund
der Phasenänderung der zirkularen Polarisation des gekreuzten
Strahlers (7d) mit dem azimutalen Winkel des Ausbreitungsvektors – das
azimutale Richtdiagramm unter Beibehaltung des Elevationsrichtdiagramms
um denselben Winkel φ, in der einen oder der anderen Richtung
gedreht. Auf diese Weise kann das Richtdiagramm der kombinierten
Antennenanordnung bei mobilem Einsatz in vorteilhafter Weise z.
B. mit seiner Hauptrichtung auf den Satelliten weisend nachgeführt
werden oder z. B. ein Störer durch Richtungszuweisung der
Nullstelle des Richtdiagramms gezielt ausgeblendet werden. Insbesondere
beim Satellitenempfang auf Fahrzeugen lässt sich hiermit
im Rahmen einer dynamisch nachgeführten Einstellung des
Richtdiagramms das Signal-Störverhältnis während
der Fahrt stets optimal gestalten.The mode of operation of the superimposition of the signals is based on the 15 and 16 explained. In 15a is the vertical directional characteristic of the LHCP polarized electromagnetic field of a previously described inventive antenna shown. The phase of this field is independent of the azimuthal angle and thus the phase for the azimuthal angles 0 ° and 180 ° are each marked with the same angle - in the example 0 °. Comparing to this is the elevation directional diagram of a further emitter described above 7d in 15b represented by a type, as by a crossed emitter described above 7d is generated, wherein for the azimuthal angles 0 ° and 180 ° by 180 ° different phase values result, which are marked in the example with 0 ° and 180 °. Thus, with in-phase superimposition of both signals, the antenna gain of the combined antenna arrangement can increase 0 ° for the azimuthal angle and weaken 180 ° for the azimuthal angle and even adjust a zero point of the directional diagram with a suitable adjustment of the amplitudes at a desired elevation angle, as in 16 is shown. If the two signals are superimposed on one another by the adjustable phase angle φ, the result is - due to the phase change of the circular polarization of the crossed emitter ( 7d ) with the azimuthal angle of the propagation vector - the azimuthal directional diagram while maintaining the Elevationsrichtdiagramms by the same angle φ, rotated in one or the other direction. In this way, the directional diagram of the combined antenna arrangement in mobile use advantageously z. B. be tracked pointing with its main direction on the satellite or z. B. a disturber are blinded by directional assignment of the zero point of the directional diagram targeted. In particular, when satellite reception on vehicles can hereby be in the context of a dynamically tracked setting of the directional diagram, the signal-noise ratio while driving optimally designed.
In 17 ist
die erfindungsgemäß kombinierte Antennenanordnung
mit einem durch den Bauraum 42 angedeuteten gekreuzten
Strahler 7b dargestellt, wie er z. B. in der EP 1 239 543 B1 , dort in 10a, dargestellt ist. Hierbei ist der
dort angegebene vertikale Antennenleiter 20 hier in 17 äquivalent
als Vertikaler Monopol 7a im Zentrum Z ausgeführt
und ist auf Grund von Symmetriebedingungen von der Anschlussstelle 56 des
gekreuzten Strahlers 49 entkoppelt. Letztere ist über
das steuerbare Phasendrehglied 39 mit dem Summations-Netzwerk 53 verbunden,
in welchem die Signale der Schleifenantenne 14, des vertikalen
Monopols 7a und des gekreuzten Strahlers 49 mit
der jeweils geeigneten Gewichtung zum Empfangssignal der kombinierten
Antennenanordnung zusammengefasst sind. In äquivalenter
Weise kann eine Antenne vom Typ, wie in der DE-A-4008505 beschrieben,
oder eine Patchantenne mit dem vertikalen Monopol 7a im
Zentrum Z, sowie auch eine Anordnung über der Massefläche
parallel gekreuzter Dipole kombiniert werden. Alle Anordnungen von
n gleichen horizontalen Strahlerelementen 59 sind hierfür
verwendbar, wenn diese so angeordnet sind, dass deren Zentren die
Ecken eines gleichseitigen Vielecks ergeben, und wenn die Drehung
der Anordnung um die z-Achse um einen Winkel von 360°/n
die Struktur in sich selbst abbildet und wenn die Speisung jeweils
im Drehsinn benachbarter Strahlerelemente sich in der Phase um jeweils
360°/n unterscheidet. In 25 sind
solche Anordnungen jeweils für das Beispiel von vier und
fünf Strahlerelementen dargestellt.In 17 is the inventively combined antenna arrangement with a through the space 42 indicated crossed emitters 7b represented how he z. B. in the EP 1 239 543 B1 , there in 10a , is shown. Here is the vertical antenna conductor specified there 20 here in 17 equivalent as a vertical monopoly 7a executed in the center Z and is due to symmetry conditions of the connection point 56 of the crossed spotlight 49 decoupled. The latter is via the controllable phase shifter 39 with the summation network 53 connected in which the signals of the loop antenna 14 , the vertical monopoly 7a and the crossed spotlight 49 are combined with the respectively appropriate weighting to the received signal of the combined antenna arrangement. Equivalently, an antenna of the type shown in FIG DE-A-4008505 described, or a patch antenna with the vertical monopole 7a in the center Z, as well as an arrangement over the ground plane of parallel crossed dipoles are combined. All arrangements of n same horizontal radiator elements 59 are suitable for this purpose if they are arranged so that their centers give the corners of an equilateral polygon, and if the rotation of the arrangement about the z-axis by an angle of 360 ° / n the structure in itself and if the supply respectively in the direction of rotation of adjacent radiator elements differs in phase by 360 ° / n. In 25 Such arrangements are shown respectively for the example of four and five radiator elements.
In
einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung wird
an Stelle eines Strahlers vom beschriebenen Typ „gekreuzter
Strahler” ein erfindungsgemäß neuartiger
weiterer Strahler 7c mit zirkularer Polarisation und azimutalem
Rundstrahldiagramm, dessen Phase sich mit dem azimutalen Winkel
des Ausbreitungsvektors dreht, im Folgenden zur Unterscheidung als
Ringleitungsstrahler 7c bezeichnet, eingesetzt. In 15(b) ist beispielhaft das Vertikaldiagramm
einer solchen Antenne nach der Erfindung dargestellt.In a particularly advantageous further development of the invention, instead of a radiator of the "crossed radiator" type described, a new radiator according to the invention is provided 7c with circular polarization and azimuthal omnidirectional diagram, the phase of which rotates with the azimuthal angle of the propagation vector, in the following for distinction as a ring line emitter 7c designated used. In 15 (b) For example, the vertical diagram of such an antenna according to the invention is shown.
Erfindungsgemäß ist
der Ringleitungsstrahler 7c als eine rotationssymmetrisch
um das Zentrum Z angeordnete polygonale oder kreisförmige
geschlossene Ringleitung in einer horizontalen Ebene mit der Höhe
h1 über der leitenden Grundfläche 6 verlaufend,
gestaltet. Erfindungsgemäß wird die Ringleitung
in der Weise gespeist, dass sich auf ihr die Stromverteilung einer
laufenden Leitungswelle einstellt, deren Phasenunterschied über
einen Umlauf gerade 2π beträgt, somit die gestreckte
Länge der Ringleitung der Wellenlänge λ entspricht,
die sich auf der Ringleitung einstellt. Die Strahlungsbeiträge der
horizontal polarisierten einzelnen Leiterabschnitte überlagern
sich im Fernfeld in der Weise, dass sich die gewünschte
Strahlung mit zirkularer Polarisation und der geforderten Phasenabhängigkeit
von der azimutalen Ausbreitungsrichtung und der im Wesentlichen
omnidirektionalen azimutalen Richtcharakteristik einstellt. Bei
kreisförmiger Gestaltung der Ringleitung beträgt
ihre Horizontalausdehnung somit D = λ/π. Bei einer
Ringleitung wie sie in 18 dargestellt ist, ist die
Wellenlänge λ auf der Ringleitung gleich der Freiraum-Wellenlänge λ0. Zur Reduzierung des Durchmessers D kann
die Wellenlänge λ auf der Ringleitung durch Erhöhung
der Leitungsinduktivität oder/und der Leitungskapazität
zur leitenden Grundfläche 6 erfolgen. Dies kann
auf an sich bekannte Weise zum Beispiel bevorzugt durch Einbringung konzentrierter
induktiver Elemente in die Leitungsstruktur oder zum Beispiel durch
mäanderförmige Ausführung des Ringleiters
erfolgen.According to the invention, the ring line radiator 7c as a polygonal or circular closed loop arranged rotationally symmetrically about the center Z in a horizontal plane with the height h1 above the conductive base 6 running, designed. According to the invention, the ring line is fed in such a way that it adjusts the current distribution of a current line wave whose phase difference over a cycle is just 2π, thus the elongated length of the ring line corresponds to the wavelength λ, which adjusts itself to the ring line. The radiation contributions of the horizontally polarized individual conductor sections are superimposed in the far field in such a way that the desired radiation with circular polarization and the required phase dependence adjusts itself to the azimuthal propagation direction and the substantially omnidirectional azimuthal directional characteristic. With a circular design of the loop, its horizontal extent is thus D = λ / π. For a loop as in 18 is shown, the wavelength λ on the loop is equal to the free space wavelength λ 0 . To reduce the diameter D, the wavelength λ on the ring line by increasing the line inductance and / or the line capacitance to the conductive base 6 respectively. This may be preferred in a known manner, for example, by introducing concentrated inductive elements into the line structure or, for example, by meandering execution of the ring conductor.
18 zeigt
eine derartige kombinierte Antennenanordnung, bestehend aus der
Schleifenantenne 14 und dem mit dieser unter einem Phasenunterschied
kombinierten Monopol 7a zur Erzeugung des zirkular polarisierten
Strahlungsfeldes mit azimutal unabhängiger Phasenlage und
einem konzentrisch mit Zentrum Z angeordneten kreisförmigen Ringleitungsstrahler 7c mit
Ringleitungs-Anschlussstelle 19 zur Überlagerung
seines zirkular polarisierten Strahlungsfeldes jedoch mit azimutal
abhängiger Phasenlage und zur Steuerung der azimutalen Hauptrichtung über
das steuerbare Phasendrehglied 39. Der Phasenschwerpunkt
des Ringleitungsstrahlers 7c liegt in Folge der beschriebenen
Phasenverteilung auf der rotationssymmetrischen Ringleitungsstruktur
im Zentrum Z der Antennenanordnung und fällt somit mit
dem beschriebenen Phasenbezugspunkt B der Schleifenantenne 14 und
dem des Monopols 7a zusammen – unabhängig
von der Stellung des steuerbaren Phasendrehglieds 39. Die
Erzeugung der fortlaufenden Leitungswelle auf dem Ringleitungsstrahler 7c erfolgt
ausgehend von der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 über
das Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk 31, an
dessen Ausgängen um 90° zueinander in der Phase
verschobene Signale stehen, welche jeweils über ein Anpassnetzwerk 25 über
die Zuleitungen 18 an um λ/4 voneinander entfernten
Ringleitungs-Einspeisestellen 22a und 22b längs
der Ringleitungsstruktur angeschlossen sind. Mit einem Ringleitungsstrahler 7c dieser
Art ist der besondere Vorteil verbunden, dass er konzentrisch zur
Schleifenantenne 14 und im Vergleich zu dieser mit größerem
Durchmesser gestaltet ist. Eine für die Schleifenantenne 14 übliche
Querabmessung ist in weiten Grenzen gestaltbar, ist jedoch in der
Regel kleiner als λ/4 und kann deshalb innerhalb der Ringleitungsstrahlers 7c mit
Durchmesser λ/π gestaltet werden. Dies ermöglicht
die vorteilhaft freizügige Gestaltbarkeit des im Zentrum
Z befindlichen vertikalen Monopols 7b, bzw. Monopolsystems, wie
z. B. in den 3, 4 und 5.
Aufgrund der geometrisch bedingten Strahlungsentkopplung zwischen
der Schleifenantenne 14 und dem sie umgebenden Ringleitungsstrahler 7c können
die Durchmesser der beiden Strahler in weiten Grenzen unabhängig
voneinander im Interesse der Gestaltung ihrer vertikalen Richtdiagramme
und des daraus resultierenden vertikalen Richtdiagramms der Antennenanordnung
am Antennenanschluss 28 gestaltet werden. Ebenso kann der
Abstand h der Ebene der Schleifenantenne 14 von der leitenden
Grundfläche 6 vom Abstand h1 zwischen der Ebene
des Ringleitungsstrahlers 7c und der leitenden Grundfläche 6 unterschiedlich
gewählt werden, wenngleich es für die Herstellung
besonders wirtschaftlich ist, wenn beide Strahler zum Beispiel in
gedruckter Form auf demselben flächigen Träger
aufgedruckt sind. In 16(a) ist beispielhaft
das Vertikaldiagramm und in 16(b) ist
das Horizontaldiagramm einer solchen Antenne nach der Erfindung
dargestellt. Für das Beispiel einer quadratisch geformten
Schleifenantenne 14 mit zentralem kurzem vertikalem Monopol
in Kombination mit einem ebenso quadratisch geformten Ringstrahlungsleiter
im Frequenzbereich um 2,3 GHz haben sich für die Schleifenantenne 14 eine Kantenlänge
von etwa 3 cm und eine Höhe h von 13 mm und für
den quadratisch geformten Ringleitungsstrahler eine Kantenlänge
von etwa 3,4 cm, welche etwa ¼ der Wellenlänge
entspricht, und eine Höhe h von 10 mm zur Realisierung
sowohl des Richtdiagramms nach 16 als
günstig erwiesen. 18 shows such a combined antenna arrangement consisting of the loop antenna 14 and the monopole combined with this under a phase difference 7a for generating the circularly polarized radiation field with an azimuthally independent phase position and a circular ring line radiator arranged concentrically with the center Z. 7c with loop connection point 19 for superimposing its circularly polarized radiation field, however, with an azimuthally dependent phase position and for controlling the azimuthal main direction via the controllable phase shifter 39 , The phase center of gravity of the ring line radiator 7c is due to the described phase distribution on the rotationally symmetric loop structure in the center Z of the antenna array and thus falls with the described phase reference point B of the loop antenna 14 and that of the monopoly 7a together - regardless of the position of the controllable phase shifter 39 , The generation of the continuous line shaft on the loop emitter 7c takes place starting from the loop connection point 19 via the power divider and phase shifter network 31 , at whose outputs are in phase shifted by 90 ° to each other signals, each via a matching network 25 over the supply lines 18 at around λ / 4 remote loop feeders 22a and 22b are connected along the loop structure. With a ring line emitter 7c This type has the special advantage of being concentric with the loop antenna 14 and is designed in comparison to this larger diameter. One for the loop antenna 14 usual transverse dimension can be designed within wide limits, but is usually smaller than λ / 4 and can therefore within the ring line radiator 7c be designed with diameter λ / π. This allows the advantageous permissive design of the vertical monopole located in the center Z. 7b or monopole system, such. Tie 3 . 4 and 5 , Due to the geometric radiation decoupling between the loop antenna 14 and the surrounding ring line radiator 7c For example, the diameters of the two radiators can be varied within wide limits independently of each other in the interest of designing their vertical directional diagrams and the resulting vertical directional diagram of the antenna arrangement at the antenna connection 28 be designed. Similarly, the distance h of the plane of the loop antenna 14 from the conductive base 6 from the distance h1 between the plane of the loop emitter 7c and the conductive base 6 be selected differently, although it is particularly economical for the production, if both radiators are printed, for example in printed form on the same flat support. In 16 (a) is an example of the vertical diagram and in 16 (b) the horizontal diagram of such an antenna according to the invention is shown. For the example of a square shaped loop antenna 14 with central short vertical monopole in combination with an equally square shaped ring radiation conductor in the frequency range around 2.3 GHz have become available for the loop antenna 14 an edge length of about 3 cm and a height h of 13 mm and for the square shaped loop emitter an edge length of about 3.4 cm, which corresponds to about ¼ of the wavelength, and a height h of 10 mm for the realization of both the directional diagram according to 16 proved favorable.
Die
Schleifenantenne 14 ist über die für Gleichtaktströme
hochohmige Zweidrahtleitung 26 über ein Anpassnetzwerk 25 und
der Monopol 7a ist über ein Anpassnetzwerk 25 und über
das Phasenschieber-Netzwerk 23 an das Summations-Netzwerk 53 zur
Bildung der zirkular polarisierten Strahlung mit azimutaler Unabhängigkeit
der Phase angeschlossen. Ebenso ist die Ringleitungs-Anschlussstelle 19 über
das steuerbare Phasendrehglied 39 an das Summations-Netzwerk 53 angeschlossen
und die Signale sind dort mit der geeigneten Gewichtung zur Erzeugung
des gewünschten vertikalen Richtdiagramms der Antennenanordnung
mit einstellbarer azimutaler Hauptrichtung am Antennenanschluss 28 den
anderen Signalen überlagert.The loop antenna 14 is via the common-mode currents high-resistance two-wire line 26 via a matching network 25 and the monopoly 7a is via a matching network 25 and via the phase shifter network 23 to the summation network 53 connected to form the circularly polarized radiation with azimuthal independence of the phase. Likewise, the loop connection point 19 via the controllable phase shifter 39 to the summation network 53 connected and the signals are there with the appropriate weight to produce the desired vertical directional pattern of the antenna array with adjustable azimuthal main direction at the antenna port 28 superimposed on the other signals.
Zur
Vervollkommnung der azimutalen Symmetrie wird vorteilhaft der Ringleitungsstrahler 7c in 19 vorteilhaft über
vier jeweils um λ/4 längs der Ringleitung versetzte
Einspeisestellen von in der Phase jeweils um 90° versetzten
Signalen gespeist. Die Speisequellen können auf an sich
bekannte Weise durch Leistungsteilung und 90°-Hybridkoppler 45 gewonnen
werden.To perfect the azimuthal symmetry is advantageous the ring line radiator 7c in 19 Advantageously fed via four in each case by λ / 4 along the ring line offset feed points of each phase offset by 90 ° signals. The sources of supply can in known manner by power sharing and 90 ° hybrid coupler 45 be won.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt
die Erzeugung der fortlaufenden Leitungswelle auf dem Ringleitungsstrahler 7c in
Anlehnung an 18, jedoch durch den λ/4-Koppelleiter 43 in 20.
Dieser ist in einem bezüglich des Leitungs-Wellenwiderstands
günstigen Abstand über eine gestreckte Länge
von λ/4 parallel zum Ringleitungsstrahler 7c geführt.
Für die Herstellung kann der λ/4-Koppelleiter 43 wirtschaftlich
auf denselben Träger wie der Ringleitungsstrahler 7c und
gegebenenfalls die Schleifenantenne 14 gedruckt aufgebracht werden.In an advantageous embodiment of the invention, the generation of the continuous line shaft takes place on the ring line emitter 7c based on 18 , but by the λ / 4 coupling ladder 43 in 20 , This is in a respect to the line impedance characteristic distance over a straight length of λ / 4 parallel to the ring line radiator 7c guided. For the production of the λ / 4 coupling ladder 43 economically on the same carrier as the ring line emitter 7c and optionally the loop antenna 14 be applied printed.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
erfolgt die Erzeugung der fortlaufenden Leitungswelle auf dem Ringleitungsstrahler 7c in
Anlehnung an 20 jedoch durch λ/4-Richtkoppler 44 in 21.
Zu einem Mikrostreifenleiter 30 ist ein λ/4-Koppelleiter 43 parallel
geführt, welcher zusammen mit dem an den Ringleitungsstrahler 7c angekoppelten λ/4-Koppelleiter 43 den λ/4-Richtkoppler 44 bildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the generation of the continuous line shaft takes place on the ring line radiator 7c based on 20 however, by λ / 4 directional coupler 44 in 21 , To a microstrip conductor 30 is a λ / 4 coupling ladder 43 guided in parallel, which together with the to the ring line emitter 7c coupled λ / 4 coupling ladder 43 the λ / 4 directional coupler 44 forms.
In 22 ist
der Ringleitungsstrahler 7c einer Antenne ähnlich
wie in 18, jedoch als geschlossener
quadratischer Leitungsring über der leitenden Grundfläche 6 mit
der Kantenlänge von λ/4 in einer Ebene im Abstand
h1 über der leitenden Grundfläche 6 ausgebildet.
Ebenso ist die Schleifenantenne 14 mit ihren Kapazitäten 6 als
quadratische Leiterstruktur innerhalb des Ringleitungsstrahlers 7c mit dem
selben Zentrum Z angeordnet. Die übrigen Antennen sind
aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Als besonders vorteilhafte Form der berührungslosen Ankopplung
an den Ringleitungsstrahler 7c ist in 22 der
rampenförmige λ/4-Koppelleiter 43 hervorzuheben.
Ausgehend von dem auf der leitenden Grundfläche 6 befindlichen
Ringleitungs-Anschlussstelle 19 führt eine vertikale
Zuleitung 18 bis auf einen Koppelabstand 58 an
eine der Ecken heran, um von dort im Wesentlichen gemäß einer
Rampenfunktion unterhalb einer benachbarten Ecke mit der Grundfläche 6 zusammenzutreffen
um mit Letzterer elektrisch leitend verbunden zu werden. Diese Form
der Ankopplung ist für eine wirtschaftliche Herstellung
besonders vorteilhaft, weil aufgrund der quadratischen Ausführung
des Ringleitungsstrahlers 7c der rampenförmige λ/4-Koppelleiter 43 auf
einem ebenen Träger gestaltet werden kann. Durch Einstellung
eines geeigneten Koppelabstandes 58 kann zudem Impedanzanpassung
an der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 in vorteilhafter
Weise herbeigeführt werden.In 22 is the ring tube emitter 7c an antenna similar to 18 , but as a closed square pipe ring over the conductive base 6 with the edge length of λ / 4 in a plane at a distance h1 above the conductive base 6 educated. Likewise, the loop antenna 14 with their capacities 6 as a square conductor structure within the ring line radiator 7c arranged with the same center Z. The remaining antennas are not shown for reasons of clarity. As a particularly advantageous form of non-contact coupling to the ring line radiator 7c is in 22 the ramped λ / 4 coupling ladder 43 emphasized. Starting from the on the conductive base 6 located ring line connection point 19 leads a vertical supply line 18 except for one coupling distance 58 at one of the corners, from there substantially in accordance with a ramp function below an adjacent corner with the base 6 meet to be electrically connected to the latter. This form of coupling is particularly advantageous for economic production, because of the square design of the ring line radiator 7c the ramped λ / 4 coupling ladder 43 can be designed on a flat support. By setting a suitable coupling distance 58 also allows impedance matching at the loop connection point 19 be brought about in an advantageous manner.
In 23 ist
der Ringleitungsstrahler 7c ebenso quadratisch gestaltet
wie in 22, ist jedoch an seinen Ecken
jeweils über eine Zuleitung 18 gespeist, welche
jeweils über eine gleiche Länge als Mikrostreifenleiter 30 auf
der leitenden Grundfläche 6 verläuft
und welche jeweils einen gleich langen vertikalen Leiter enthält.
Die übrigen Antennen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt. Die Zuleitungen 18 sind – ausgehend
von der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 – an ein
Leistungs-Verteilnetzwerk angeschlossen, welches aus in Kette geschalteten λ/4-langen
Mikrostreifenleitern 30 (15a, 15b, 15c)
besteht. Die Wellenwiderstände der Mikrostreifenleiter 30 sind – ausgehend
von einem niedrigen Wellenwiderstand an der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 – an
welche eine der Zuleitungen 18 direkt angeschlossen ist – in
der Weise hochgestuft, dass die an den Ecken in den Ringleitungsstrahler 7c eingespeisten
Signale gleiche Leistungen besitzen und sich jeweils um 90° in
der Phase fortlaufend nacheilend unterscheiden. Die übrigen
Antennenteile sind aus Gründen der Übersicht ebenfalls
nicht dargestellt.In 23 is the ring tube emitter 7c as square as in 22 , but is at its corners in each case via a supply line 18 fed, each having an equal length as a microstrip conductor 30 on the conductive base 6 runs and which each contains an equally long vertical conductor. The remaining antennas are not shown for reasons of clarity. The supply lines 18 are - starting from the loop connection point 19 - Connected to a power distribution network, which consists of in chain λ / 4-long microstrip conductors 30 ( 15a . 15b . 15c ) consists. The characteristic impedance of the microstrip line 30 are - starting from a low characteristic impedance at the loop connection point 19 - to which one of the supply lines 18 is directly connected - upgraded in the way that at the corners in the loop emitter 7c fed signals have the same powers and each lag 90 ° in the phase continuously lagging. The remaining antenna parts are also not shown for reasons of clarity.
In
einer vorteilhaften Erweiterung der Erfindung ist bei der Antenne
in 24 ein weiterer Strahler in Form eines äußeren
Ringleitungsstrahlers 7e vorhanden. Im Gegensatz zum Ringleitungsstrahler 7c,
dessen Umfang genau einer Wellenlänge λ – also einer
vollen Periode – entspricht, ist der Umfang des äußeren
Ringleitungsstrahler 7e zwei Wellenlängen λ gewählt,
so dass sich bei Erregung mit um 90° zueinander in der
Phase verschobenen Signalen an um λ/4 voneinander entfernten
Ringleitungs-Einspeisestellen 22 längs der äußeren
Ringleitungsstruktur eine fortlaufende Leitungswelle auf dem Ringleitungsstrahler 7d einstellt.
Diese Einspeisung geschieht im Beispiel in 24 bei
beiden Ringleitungen auf ähnliche Weise über die
Anpassnetzwerke 25 und das Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk 31.
Die Anschlussstelle 21 ders äußeren Ringleitungsstrahlers 7e ist
ebenfalls mit dem Summations-Netzwerk 53 verbunden, so
dass die Wirkungen der Strahlung des äußeren äußeren
Ringleitungsstrahlers 7e je nach Gewichtung am Antennenanschluss 28 auftreten.
Die Signale an der Schleifenantenne-Monopol-Anschlussstelle 27,
an der Ringleitungs-Anschlussstelle 19 und an der Anschlussstelle 21 des äußeren
Ringleitungsstrahlers 7e werden über steuerbare
Phasendrehglieder 39 im Summations-Netzwerk 53 gewichtet
zusammengefasst, so dass am Antennenanschluss 28 in der
eingestellten azimutalen Hauptrichtung ein erhöhter Antennengewinn
erzielt wird. Aufgrund des größeren Durchmessers
des äußeren Ringleitungsstrahlers 7e ist
sein Beitrag schärfer bündelnd als derjenige der
zirkular polarisierten Ringleitung 7c. Obgleich durch Zuschalten
des äußeren Ringleitungsstrahlers 7e die
Polarisation nicht mehr rein zirkular ist, kann aufgrund der insgesamt
schärferen Bündelung der Strahlungsgewinn für
gewisse Situationen durch diese Maßnahme vergrößert
werden.In an advantageous extension of the invention is in the antenna in 24 another radiator in the form of an outer loop emitter 7e available. In contrast to the ring line emitter 7c whose circumference corresponds to exactly one wavelength λ - ie a full period - is the circumference of the outer loop emitter 7e two wavelengths λ selected so that when energized with shifted by 90 ° to each other in phase signals at λ / 4 apart ring line feed points 22 along the outer loop structure a continuous line shaft on the ring line radiator 7d established. This feed takes place in the example in 24 on both loops in a similar way through the matching networks 25 and the power splitter and phase shifter network 31 , The connection point 21 ders outer loop emitter 7e is also with the summation network 53 connected, so that the effects of radiation of the outer outer loop emitter 7e depending on the weight of the antenna connection 28 occur. The signals at the loop antenna monopole connection point 27 , at the loop connection point 19 and at the junction 21 the outer loop emitter 7e Be about controllable phase shifters 39 in the summation network 53 weighted summarized, so that at the antenna connection 28 In the set azimuthal main direction an increased antenna gain is achieved. Due to the larger diameter of the outer loop emitter 7e its contribution is more sharply focused than that of the circularly polarized loop 7c , Although by connecting the outer loop emitter 7e the polarization is no longer purely circular, due to the overall sharper focusing the radiation gain for certain situations can be increased by this measure.
In
einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist in 26 anstelle
des Ringleitungsstrahlers 7c in 22 ein
Kreisgruppenstrahler 7f von dem in 25 beschriebenen
Typus dargestellt. Dieser besteht aus mehreren in einer parallel
zur leitenden Grundfläche 6 und in einem Abstand
zu dieser angeordneten Ebene und um das Zentrum Z azimutal rotationssymmetrisch
auf einem Kreis K angeordneten horizontal polarisierten Strahlerelementen 59. Über
Zuleitungen 18 mit Phasenschieber-Netzwerk ist eine gemeinsame
Kreisgruppenstrahler-Anschlussstelle 60 geschaffen. Bei
reziprokem Betrieb der Antenne ist die Erregung des Kreisgruppenstrahlers 7f in
der Weise bewirkt, dass jedes Strahlerelement 59 mit einem
Strom gleicher Amplitude, jedoch der Phase nach in der Weise erregt
ist, dass der Betrag der Stromphase gleich dem von einer azimutalen Bezugslinie
ausgehenden Azimutwinkel Φ der azimutalen Position des
Strahlerelements 59 gewählt ist, so dass die Stromphase
mit steigendem Azimutwinkel Φ steigt oder fällt.
Hierfür sind die horizontal polarisierten Strahlerelemente 59 an
den Eckpunkten eines Quadrats mit Zentrum Z angeordnet und jeweils
senkrecht zu den Verbindungslinien zwischen dem betreffenden Eckpunkt
und dem Zentrum Z orientiert. Die horizontal polarisierten Strahlerelemente 59 sind
jeweils über eine gleich lange Zuleitung 18 mit
den Anschlüssen eines Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk
verbunden. Letzteres ist aus in Kette geschalteten auf der leitenden
Grundfläche 6 gebildeten λ/4-langen Mikrostreifenleitern 30 mit
den Teilstücken 15a, 15b, 15c,
gestaltet, deren Wellenwiderstände – ausgehend
von einem niedrigen Wellenwiderstand an der Kreisgruppenstrahler-Anschlussstelle 60 – an
welche eine der Zuleitungen 18 direkt angeschlossen ist – in
der Weise hochgestuft sind, dass die an den Ecken in die Strahlerelemente 59 eingespeisten
Signale gleiche Leistungen besitzen und sich jeweils um 90° in
der Phase fortlaufend nacheilend unterscheiden.In an advantageous development of the invention is in 26 instead of the ring line radiator 7c in 22 a circle group radiator 7f from the in 25 described type shown. This consists of several in a parallel to the conductive base 6 and at a distance to this arranged plane and around the center Z azimuthally rotationally symmetrical on a circle K arranged horizontally polarized radiator elements 59 , About leads 18 with phase shifter network is a common circular array connector 60 created. In reciprocal operation of the antenna is the excitation of the circular array 7f in the way that causes each radiating element 59 is excited with a current of equal amplitude but phase-wise in such a way that the magnitude of the current phase is equal to the azimuth angle Φ of the azimuthal position of the radiating element emanating from an azimuthal reference line 59 is selected, so that the current phase increases or decreases with increasing azimuth angle Φ. For this purpose, the horizontally polarized radiator elements 59 arranged at the vertices of a square with center Z and each because oriented perpendicular to the connecting lines between the respective corner and the center Z. The horizontally polarized radiator elements 59 are each over an equally long supply line 18 connected to the terminals of a power divider and phase shifter network. The latter is made of chain connected on the conductive base 6 formed λ / 4-long microstrip conductors 30 with the sections 15a . 15b . 15c , whose characteristic impedances - based on a low characteristic impedance at the circular array antenna connection point 60 - to which one of the supply lines 18 directly connected - are stepped up in such a way that at the corners in the radiator elements 59 fed signals have the same powers and each lag 90 ° in the phase continuously lagging.
-
11
-
Antenneantenna
-
22
-
StrahleranschlussstelleEmitter junction
-
33
-
Schleifenantennen-AnschlussstelleLoop antenna connection point
-
3a,
3b, 3c, 3d3a,
3b, 3c, 3d
-
Schleifenantennen-AnschlussstellenLoop antenna connection points
-
4,
4a4,
4a
-
Abstand
der Höhe h, h1distance
the height h, h1
-
55
-
Unterbrechung,
Unterbrechungsstelleinterruption,
breakpoint
-
66
-
GrundflächeFloor space
-
77
-
Strahlerspotlight
-
7a7a
-
Vertikaler
Monopolvertical
monopoly
-
7b7b
-
Vertikaler
Monopol m. Dachkapazitätvertical
Monopoly m. top load
-
7c7c
-
RingleitungsstrahlerLoop radiator
-
7d7d
-
Gekreuzter
Strahlercrossed
spotlight
-
7e7e
-
Äußerer
RingleitungsstrahlerOuter
Loop radiator
-
7f7f
-
KreisgruppenstrahlerCircular phased array
-
88th
-
BlindelementFilling element
-
(9)(9)
-
Kreisantennen-AnschlussstelleCircular antenna connection point
-
1010
-
VerteilungsnetzwerkDistribution network
-
1111
-
Horizontale
Ausdehnunghorizontal
expansion
-
1212
-
Dachkapazitättop load
-
1313
-
Strahlerspotlight
-
1414
-
Schleifenantenneloop antenna
-
14a14a
-
Leiterteile
der Schleifenantennenconductor parts
the loop antennas
-
15a,
15b, 15c15a,
15b, 15c
-
LeistungsverteilnetzwerkPower distribution network
-
1616
-
Kapazitätcapacity
-
1717
-
HorizontaldipoleHorizon dipoles
-
1818
-
Zuleitungsupply
-
1919
-
Ringleitungs-AnschlussstelleRing line connection point
-
20a,
20b20a,
20b
-
Ringleitungs-EinspeisestelleRing main supply point
-
2121
-
Äußere
Ringleitungs-AnschlussstelleOuter
Ring line connection point
-
2222
-
Ringleitungs-EinspeisestelleRing main supply point
-
2323
-
Phasenschieber-NetzwerkPhase shift network
-
2424
-
Antenne
eines anderen Funk-Dienstesantenna
another radio service
-
2525
-
Anpassnetzwerkmatching
-
2626
-
ZweidrahtleitungTwo-wire line
-
2727
-
Schleifenantenne-Monopol-AnschlussstelleLoop antenna monopole junction
-
2828
-
Antennenanschlussantenna connection
-
28a28a
-
Antennenanschluss
für LHCPantenna connection
for LHCP
-
28b28b
-
Antennenanschluss
für RHCPantenna connection
for RHCP
-
2929
-
UmsymmetriergliedUmsymmetrierglied
-
3030
-
MikrostreifenleiterMicrostrip
-
3131
-
Leistungsteiler-
und Phasenschiebernetzwerkpower divider
and phase shift network
-
3232
-
Stabantennerod antenna
-
3333
-
Anpassnetzwerkmatching
-
3434
-
SummenbildungTotaling
-
3535
-
Differenzbildungdifferencing
-
3636
-
Äußere
RingleitungOuter
loop
-
3737
-
Diversity-UmschaltersDiversity switch
-
3838
-
Diversity-SteuermodulDiversity control module
-
3939
-
Steuerbares
Phasendrehgliedcontrollable
Phase shifter
-
4040
-
Abstanddistance
-
4141
-
Blindwiderstandreactance
-
4242
-
gekreuzter
Strahlercrossed
spotlight
-
4343
-
RichtkoppelleiterDirectional coupling conductor
-
4444
-
zweiter
Richtkoppelleitersecond
Directional coupling conductor
-
4545
-
90°-Hybridkoppler90 ° hybrid
-
4646
-
LHCP-AnschlussLHCP port
-
4747
-
RHCP-AnschlussRHCP port
-
4848
-
Anschluss
Horizontalpolarisationconnection
Horizontal polarization
-
4949
-
Anschluss
Vertikalpolarisationconnection
vertical polarization
-
5050
-
kombinierte
Anpassschaltungcombined
matching
-
5151
-
Schaltung
aus mehreren Blindelementencircuit
from several dummy elements
-
5252
-
LHCP/RHCP-RadiomodulLHCP / RHCP radio module
-
5353
-
Summations-NetzwerkSummation network
-
5454
-
Anpassnetzwerkmatching
-
5555
-
LHCP/RHCP-UmschalterLHCP / RHCP switch
-
5656
-
gekreuzter
Strahler-Anschlussstellecrossed
Emitter junction
-
5757
-
rampenförmiger λ/4-Koppelleiterramped λ / 4 coupling ladder
-
5858
-
Koppelabstandcoupling distance
-
5959
-
Horizontal
polarisiertes StrahlerelementHorizontal
polarized radiator element
-
6060
-
Kreisgruppenstrahler-AnschlussstelleCircular phased array junction
-
6161
-
ZweipolnetzwerkZweipolnetzwerk
-
6262
-
Masse-AnschlussGround connection
-
6464
-
Lagevektoren
der horizontalen Strahlerelementeposition vectors
the horizontal radiator elements
-
B2B2
-
Bezugspunkt
einer Strahleranordnungreference point
a radiator arrangement
-
δδ
-
Winkel
zwischen benachbarten Lagevektorenangle
between adjacent position vectors
-
γγ
-
Winkel
zwischen den horizontalen Strahlerelementen und deren Lagevektorenangle
between the horizontal radiator elements and their position vectors
-
αα
-
Winkel
zwischen Horizontalarm der Dachkapazität und linksseitig nächster
Kapazitätangle
between horizontal arm of the roof capacity and left next
capacity
-
ββ
-
Winkel
zwischen Horizontalarm der Dachkapazität und rechtsseitig nächster
Kapazitätangle
between horizontal arm of the roof capacity and right next
capacity
-
Bu,
BoBu,
Bo
-
Bandbreitenbandwidth
-
fmu,
fmofmu,
fmo
-
Mittenfrequenzencenter frequencies
-
(LHCP)(LHCP)
-
linksdrehende
zirkulare Polarisationlevorotatory
circular polarization
-
(RHCP)(RHCP)
-
rechtsdrehende
zirkulare Polarisationright turn
circular polarization
-
BB
-
Bezugspunkt,
PhasenzentrumReference point,
phase center
-
ZZ
-
Zentrumcenter
-
ΔX.DELTA.X
-
Recktanzreactance
-
Δs.DELTA.s
-
Leitungstückline section
-
CC
-
Kapazitätcapacity
-
SS
-
Leitung
der Längemanagement
the length
-
RR
-
Radiusradius
-
hH
-
Höhe
Schleifenantenne über Grundflächeheight
Loop antenna over base
-
h1h1
-
Höhe
Ringleitungsantenne über Grundflächeheight
Loop antenna over base
-
DD
-
Durchmesserdiameter
-
SESE
-
Symmetrieebeneplane of symmetry
-
KK
-
Kreiscircle
-
Zwtw
-
LeitungswellenwiderstandLine impedance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 4008505
A [0002, 0002, 0007, 0049, 0065, 0068] - DE 4008505 A [0002, 0002, 0007, 0049, 0065, 0068]
-
- DE 10163793 A [0002, 0002, 0007, 0049, 0065] - DE 10163793 A [0002, 0002, 0007, 0049, 0065]
-
- EP 1239543 B1 [0065, 0068] - EP 1239543 B1 [0065, 0068]